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折弯机模具的锻造方法与工艺

发布时间:2012-04-15 22:50:28
 

     “锻造”是折弯机模具加工的主要方法和手段之一,锻锤是多种锻压机器的先驱。尽管各种锻造成形新工艺、新设备的不断涌现,但锻锤由于结构简单、操作方便、成形速度快、适应性强、投资少等优点,至今仍然起着非常重要的作用。特别是程控全液压锻锤的出现,使锻锤在现代锻造工业技术发展中又一次得到了复兴。

     锻锤的突出优点在于打击速度快,因而折弯机模具接触时间短,特别适合要求高速变形来充填折弯机模具的场合。例如带有薄筋板、形状复杂的而且有重量公差要求的锻件。由于其快速、灵活的操作特性,其适应性非常强,有人称之为“万能”设备。因而特别适合多品种、小批量的生产。锻锤是性价比较优的成形设备。
1 锻模的设计
1.1零件分析
    连杆是汽车发动机中的零件,主要用来连接活塞和曲轴。其功能是将活塞承受的燃油爆发力传递给曲轴,使活塞的往复运动转变为曲轴的旋转运动。汽车发动机转速很高,连杆在高速运动中将承受很大的交变应力。
1.2 确定分模位置
分模面一般应该设置在锻件的最大轮廓处,在本设计中如图1所示A-A截面为最大截面,所以A-A截面为分模面。 

1.3 确定加工余量和公差 

   根据锻件图的具体数据,进行以下计算:
估算锻件质量:杆长L=210-40-60=110mm;杆部的截面积为=32x24=768mm2
所以连杆杆部的体积约为:V=110x768=84480mm3大头体积:R内=37.5mm;R外=120/2=60mm;又因为连杆大头只有一半为此次锻造所需要有效部分,所以大头体积为:V大头=1/2xπh(R2外-R2内)=1/2x3.14x40(602-37.52)=137767.5mm3
小头体积:R外=29.6mm;R=21.5mm
所以小头体积为:V小头=πh(R外2- R内2)=3.14 x 40(29.5 2-21.5 2) =51244mm 3;
所以该连杆的体积为:V=V杆+ V大头+ V小头=84480+137767.5+51244≈273491.5 mm 3;
M=ρv=7.85x273491.51x10-3=2146.9g;所以锻件质量约为2.15Kg。
锻件的复杂系数:S=V/ V外包=273491.5 /1352000=0.20 ;得该锻件级别为Ⅲ级S3,形状复杂系数为较复杂[1]。
锻件材质系数的确定
由锻件图要求知道,该零件材料为高碳非调质钢,由相关质料知该零件材质系数为M 2。
公差与余量
确定模锻件在长度、宽度、高度方向上的加工余量尺寸和公差[2]:
高度公差:
高度及水平尺寸的单边余量约为1.7~2.2mm。取2mm
1.4 确定锻锤吨位
因为该柴油机连杆件为大批量生产,要求有较高的生产效率,为降低成本,所以系数取较大系数6.3.
得k取值为1.0[1]。F=13000+760 x 23=30400 mm 2
现有双作用模锻锤吨位确定的经验公式:G=(3.5~6.3)kF =6.31.0 x 30400=1920kg,选取2吨锤。
1.5 设计终锻型槽
终锻型槽是按热锻件图加工和检验的,收缩率为1%。根据类似连杆生产经验总结,考虑到锻模使用后承击面下陷,型槽深度减小及精压时变形不均,横向尺寸增大等因素,需修改几处尺寸:
(1)辐板处增厚0.5mm,如图2所示。

(2)连杆小头高度42.3mm处,其理论高度为:42.3 x(1+1%)=42.7mm;实际取43.5mm。大头左上端与右下端做成斜面,将高度尺寸42.5mm上下各增0.7mm。` 

(3)中间杆厚度: 25.5 x (1+1%)=25.8mm 

(4)两头圆中心线长: 210 x(1+1%)=212mm;但考虑到该零件需用圆心做中心定位,所以热锻件两圆心距不变仍取212mm。
(5)大头半圆边距:126.4 x (1+1%)=127.7mm。
(6)大头内圆半径:32 x(1+1%)=32.3mm;
1.6 设计预锻型槽
由于锻件复杂,须设置预锻型槽,以便达到如下目的:
1)确保金属无缺陷的流动,易于充填型槽;2)减少材料流向毛边的损失;3)减小终锻型槽磨损;4)取得所希望的流线和便于控制锻件的力学性能.
大头叉部的预锻:
因为大头有叉,且叉间距离不大,所以必须在预锻型槽中使用坯料台,预锻时依靠劈料台把金属挤向两侧,流入叉部型槽内。由于该锻件叉部不是太窄,如图3尺寸所示。

由原计算数据所得的截面图显然不够圆滑,所以应对其进行修正,其修正后的图如连杆的剖面图和计算毛坯图中的双点划线部分。因修正后面积变化不大,所以修正后最大截面积可以依然取原来的最大截面积3066mm ,最大截面周长也取原来值62.6mm。
1.8 制坯工步的选择
由文献[1]查表4-59,得制坯工步为拔长-开式滚压,综合两个简单毛坯制坯工步,最后确定连杆制坯形式为开式拔长-开式滚压。
1.9 确定坯料尺寸
模锻用原材料的体积应包括锻件本体、毛边、连皮、夹钳料头和加热引起的氧化皮之总和。原材料的横截面尺寸及长度是以计算毛坯为基础,再根据热锻件特点及所选订的制坯工步、模锻方法确定。
确定坯料计算公式。则
L头=L计-L计1-L杆2=289-83.5-100=105.5mm;V头=V计-V计1-V杆2=375040-10448-72000=198551mm2;A拔=V头/L头=198551/105.5=1882 mm2;
A滚=1.2A均=1.2*1298=1557.6 mm2
A坯=A拔-K (A拔-A滚)=1882-0.033(1882-1557.6)=1871 mm2
则选方钢边长a1= = =43.6mm,选a=45mm的方钢。
烧损率δ=3%;坯料体积为:V =V (1+δ)=367655.5*(1+3%)=378685.2mm3;坯料长度:L =V /a2=190mm;
根据坯料的质量和长度,该连杆锻件适用于采用调头模锻,一料一件,考虑到实际情况,下料为方45mmx400mm。
1.10 锻模结构设计
根据前面计算可知,模锻该连杆的设备为2吨模锻锤机组,考虑到实际应用中加热炉一般在锤的右方,现假设实际加工中加热炉在锤的右方,故拔长型槽布置在右边,滚挤型槽布置在锻模锻模左边,预锻工步从左至右。
1.11 连杆模锻工艺流程的最终确定
1)下料:剪切机冷切;2)加热:1220~1240℃;3)模锻:2t模锻锤,拔长、开式滚挤、预锻、终锻;4)热切边:1600kN切变压力机;5)打磨毛刺:砂轮机;6)热处理:① 油冷淬火 ② 淬火后应及时回火③ 锤用锻模燕尾的硬度,要求比型面低HRC4~6单位。7)酸洗:酸洗槽;8)冷校正:1t夹板锤;9)冷精压:1000KN精压机;10)探伤;11)测硬;12)检验。
2 锻模材料的选择
按锤锻模用材料应满足的基本要求,另外考虑到该连杆锻件为批量生产,生产数量较大,最后选用5CrMnSiMoV做为该折弯机模具用钢,该钢种锻模硬度数据为如下:
型槽:321~364HB; 表面:35~39HRC; 燕尾部分:286~321HB;30~35HRC

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