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1、典 型 零 件 成 形 工 藝全 國 緊 固 件 標 準 化 技 術 委 員 會標 準 宣 貫 租2006年 11月 一、汽車后輪內螺母多工位加工工藝介紹 1、工藝分析此零件為典型的擠壓杯形件,其分三部分組成:球面凸緣、空心圓柱及四方尾部。 2、變形工步的設計此零件采用五工位成形,其工藝流程為:切料整形鐓平鐓頭精鐓頭及倒角正反復合擠壓。(見下圖) 正反復合擠壓 鐓頭及倒角 鐓頭 鐓平 整形 切料 3、變形特點分析 3.1、正反復合擠壓變形程度 3.1.1、正擠壓斷面收縮率F=(1)10026 3.1.2、反擠壓斷面收縮率F=10010042 3.2、球面凸緣鐓粗 3.2.1、鐓粗變形特點 鐓粗
2、變形一般分為三個區(qū)域(見上圖)區(qū)域稱為難變形區(qū),這是和上下壓頭接觸的區(qū)域。由于表層受到很大的摩擦阻力,這個區(qū)域的單元體都處于三向壓應力狀態(tài),愈接近中心,三向壓縮程度愈強烈,所以這區(qū)域的變形很小。區(qū)域為大變形區(qū),它是處于上、下兩個難變形錐體之間的部分(外圍層除外)。這部分受到的接觸摩擦力的影響已較小,因而水平方向上受到的壓應力較小單元體主要在軸向力作用下產(chǎn)生很大的壓縮變形,徑向有較大的擴展,由于難變形錐體的擠壓作用,還有向上、下彎曲的現(xiàn)象,這些變形的綜合,外形出現(xiàn)了鼓形。區(qū)域是外側的筒形部分,稱小變形區(qū)。它的外側是自由表面,端面摩擦影響又小,因而應力狀態(tài)可看成近似單向壓縮,其變形不大。 3.2.
3、2、鐓粗變形的端面變化球面凸緣鐓粗工藝方案如下圖所示 球面凸緣鐓粗工藝方案如下圖所示 針對以上分析,在二序的成形中上端面需預制出一定的球面,使其在三序成形時,金屬在向徑向擴展時始終保持一弧面,最終與三序上模球面相吻合。在二序毛坯設計中應注意上端面直徑的大小,過大,會造成端面尺寸增長過快,使金屬還未來得及充滿球面頂部就被鐓粗壓縮,致使球面充不滿;過小,會造成在二序成形中,由于球面變形程度較大,致使外圓鐓粗,球面端面懸空,無法得到再一次鐓平,端面留有切斷裂紋,此裂紋會在下序變形中滑移到球面上。 3.3、中間工位毛坯設計中間工位毛坯是擠壓前半成品,主要進行材料體積和變形量的分配,為成品擠壓形狀及尺寸
4、等方面的準備工作。 3.3.1、中間毛坯設計應注意以下問題 1)最大限度滿足擠壓件的質量要求; 2)應保證充滿難以擠壓到位的局部形狀; 3)避免毛坯呈懸空狀態(tài),增設中間變形; 4)中間毛坯錐形的錐度應大于擠壓件相應處的錐角,這樣便于錐角毛坯放入凹模,確保擠壓過程不致出現(xiàn)多余金屬。 3.3.2、各毛坯間的尺寸配合 a、徑向尺寸的配合關系確定徑向尺寸配合關系的原則是:要使毛坯能夠自由放入下道的模腔內。在確定各道毛坯尺寸時,應從成品開始反過來進行推算。 b、軸向尺寸的配合關系考慮到成形時,將有部分金屬進入模腔內,使軸向尺寸增加一高度H。 c、其它尺寸的配合關系為防止金屬滯流,中間毛坯的過渡部位應設計
5、為錐形。 3.4、原材料要求原材料選用冷拉圓鋼,由于采用多工位成形,無法進行中間處理,為便于成形,因此需要嚴格規(guī)定原材料的技術要求。其要求為: a. 材料表面應光滑,潔凈,不允許有任何的裂紋、氣泡、折疊、皺皮、夾雜和發(fā)紋存在; b. 磷化膜均勻、致密,結合牢固,厚度在814m,表面不得有拉毛、銹蝕等缺陷; c. 硬度不大于HB160,珠光體級別不小于5級; 3.5、材料體積計算運用制圖軟件Autocad進行精確的1:1繪制第五工位毛坯立體圖,通過工具欄查詢可知體積,當然也可分為幾個簡單的立體形狀進行組合計算,得到體積,但運用制圖軟件可以更快捷、準確,同時可對各部分體積進行調整、編輯,合理設計毛
6、坯尺寸。 4、 成形力計算 4.1、剪切力的計算根據(jù)以上設計的毛坯預留間隙,選用ML20Cr,28.1材料。剪切力P280KN ML20Cr,硬度160HB,由圖6-31(注:沖壓設計手冊)查得 材料抗拉強度b550N/mm2 4.2、整形(一序)、鐓平(二序)力的計算:整形力P830 KN鐓平力P1055KN 鐓粗時的系數(shù)C值H1d1 C2.4H10.8d1 C35注:沖壓設計資料圖6-32 鐓粗時的系數(shù)C值注:冷鍛手冊圖2.47 4.3、三、四序成形力的計算三序成形力 PFC均0.78535.3621.8595/10001075KN四序成形力 PFC均0.78535.821.8595/10
7、001082KN 4.4、正反復合擠壓力計算:擠壓力PpF凸模23800.78518.682/1000660KN總鐓鍛力P4980 KN,10FF 5、主要模具設計 5.1、切料工位模具設計為保證切料質量及提高模具使用壽命,切料方式采用套筒切料,割料模及切刀模均采用硬質合金YG20C材料制造,為避免料彎而進料不暢,將割料模入口處制出一定的斜度 5.2、一、二、三、四工位模具設計一、二、三、四工位單位成形力分別為1320 Mpa、1650 Mpa、1071 Mpa、1071 Mpa,必須采用多層次組合凹模結構,為方便模具設計的標準化,統(tǒng)一采用三層組合凹模,三層組合凹模的最佳設計方案是凹模與第一預
8、應力環(huán)及第二預應力環(huán)同時屈服,而且要根據(jù)給定的凹模內外徑尺寸來決定能使容許內壓達到最大的預應力環(huán)直徑及過盈量。 6、潤滑為了降低成形時的單位成形力,提高零件表面質量,延長模具使用壽命,必須對成形毛坯進行合理的潤滑處理。對原材料表面采用磷酸鹽處理,經(jīng)過這樣處理的表面形成一層多孔狀的薄膜,具有良好塑性,可容納一定量的潤滑劑,同時采用高壓潤滑油,在進行穿孔擠壓時,由于四序毛坯的凹穴存在,形成潤滑劑的儲存窩,提供充分的潤滑。 1、螺母熱鐓機的優(yōu)點及缺點 1.1、螺母熱鐓機的優(yōu)點、原材料采用熱軋棒料,省去改拔、退火、磷化等材料改制工序;、因采用熱鐓加工,材料的變形量范圍大,對于不同規(guī)格的產(chǎn)品可以選用同種
9、規(guī)格的材料,大大降低原材料的使用規(guī)格;采用熱鐓加工變形抗力較小,中間連皮可制得較冷成形薄,沖孔廢料節(jié)省20左右;較自動車加工原材料利用率提高1.6倍;、熱鐓機連續(xù)加工,減少冷擠中間退火、磷化等多次往返工序,相對于冷擠分序及自動車加工生產(chǎn)效率提高58倍;、可加工冷成形不能加工的形狀復雜的產(chǎn)品;、同類產(chǎn)品熱鐓加工比冷鐓加工所需噸位要少1/3。 1.2、螺母熱鐓機的缺點、與冷鐓工藝相比,對模具的機械性能要求較高,且壽命低;、由于材料通過中頻加熱,對電能的消耗較大,加工環(huán)境較差;、設備投資成本較大,外圍輔助設施復雜。 熱鐓機分為主機及感應加熱兩大部分組成,棒料由棒料冷端上料臺架的冷料存儲架自動進入送料
10、機構,通過棒料傳送裝置經(jīng)中頻感應加熱爐加熱到設定溫度進入熱鐓機成型,產(chǎn)品經(jīng)過切料、鐓扁、成形、沖孔等工序完成,設備采用雙滑塊裝置,將鐓扁與成形、沖孔工序模面分開成90角,鐓扁后毛坯經(jīng)由具有一定落差的環(huán)行滑道進入儲料區(qū),然后采用夾鉗傳送到成形、沖孔工序,這樣的設計結構,可以最大限度的去處加熱所產(chǎn)生的氧化皮,并防止其進入成形模中,避免影響產(chǎn)品質量及降低模具壽命。 3.1、成形毛坯熱鍛件圖的設計熱鍛件圖以冷鍛件圖為依據(jù),但又有區(qū)別,考慮到金屬冷縮現(xiàn)象,熱鍛件圖上的尺寸應比冷鍛件圖的相應尺寸有所增大。理論上加放收縮率后的尺寸按下式計算: Nn(1+Z%)式中 N熱鍛件尺寸; n冷鍛件尺寸; Z終鍛溫度
11、下鍛金屬收縮率,鋼一般為1.21.6加放收縮率時還應主要下列幾點:、無坐標中心的圓角半徑不放收縮率;、薄而寬、細而長的尺寸部位,因在熱鐓時冷卻快,收縮率應適當減小。 3.2、體積計算根據(jù)熱鍛件圖可知,V總V1+V2-V3 3.4、中間毛坯尺寸的設計中間毛坯尺寸的計算,依據(jù)塑性變形材料體積不變原則,。在設計毛坯尺寸時需要特別注意以下幾點: C應比B大512,經(jīng)鐓扁后以消除切料造成的外徑變形,否則會影響產(chǎn)品質量;必須C/Dd1,防止鐓扁坯料經(jīng)滑道時翻轉,造成卡料。如以上條件不滿足時,須調整材料直徑規(guī)格。 4、熱鍛溫度的選擇鋼在加熱的過程終須防止過熱及過燒現(xiàn)象的發(fā)生,通過長期的生產(chǎn)實踐和大量的試驗研
12、究,現(xiàn)有鋼種的鍛造范圍均已確定,可從有關手冊查得。 5、模具設計相對于冷鐓而言,熱鐓模具的使用環(huán)境要惡劣的多,其需承受反復沖擊載荷和冷熱交變作用,因熱應力而容易導致疲勞破裂;模腔表面受到高溫金屬流動的作用而產(chǎn)生摩擦效應,尤其是坯料表面的氧化皮未清除干凈的情況,摩擦作用更加強烈,加速模腔表面的磨損,出現(xiàn)剝落現(xiàn)象。熱鐓時,成形模受熱毛坯的影響,如果模腔表面溫度上升至400以上,將發(fā)生高溫回火現(xiàn)象,容易被壓塌和磨損。所以,在熱鐓時必須作適當?shù)睦鋮s。除設備上已具有的冷卻管道外,在設計模具時,也必須考慮冷卻水孔的設計。 成形尺寸先從理論上依據(jù)計算出的熱鍛件圖,然后再經(jīng)過生產(chǎn)實踐重新確定、修復模具的成形尺
13、寸,以保證產(chǎn)品精度。上模采用組合方式,在生產(chǎn)過程中,上沖頭的由于受力及與坯料接觸等影響,其損壞較上沖??欤捎么朔N設計方式,即可簡化模具加工難易程度,消除過度處的應力集中,同時方便上沖頭的更換,降低模具綜合成本。成形凹模結構同冷鐓模類似,其設計原則也大致相同,為防止應力集中而產(chǎn)生開裂,成形模采用縱向剖分結構。成形模采用單層套預緊,其過盈量較冷鐓模小,因在成形時,成形模與模套存在溫度梯度,其線性膨脹量會使實際過盈加大,同時在接觸表面產(chǎn)生熱膠著,當成形模退出后,兩者表面拉傷嚴重,造成模套報廢。為防止成形時,模腔內空氣無法排除,在成形模的六方與圓柱結合處設計氣孔,此氣孔不可太大,避免材料流入而堵住,一般設計為0.6MM。模腔內的冷卻主要依靠成形下沖來完成,在成形下沖設計冷卻孔,此冷卻孔的位置要使冷卻水最大限度地均勻噴射到模腔表面。