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歪头连杆制坯辊锻模具设计0塑料壳体

文章来源:巨联五金网  |  2022-07-07

歪头连杆制坯辊锻模具设计

歪头连杆制坯辊锻模具设计 2011年12月04日 来源: 摘要:制坯辊锻主要用于为模锻成形设备提供合理的坯料形状和尺寸。对于连杆类锻件,目前主要对直头对称形连杆,采用制坯辊锻压机成形。本文研究的歪头连杆制坯辊锻模具,采用4道次体积分配制坯辊锻模和1道次弯曲成形模,得到歪头连杆所需的坯料形状和尺寸。研究中成功地解决了辊锻道次确定和型槽系选择、辊锻工序安排,模具设计等问题。根据此项研究成果已建成了一条新型连杆辊锻生产线,每小时可生产连杆180件,该线利用安装在辊锻机锻辊上的5道辊锻模具为压机提供模锻歪头连杆所需的坯料。关键词:歪头连杆;制坯辊锻;模具一、前言辊锻是一种回转塑性加工技术,它具有变形力小,生产效率高,锻件质量好,模具寿命高,劳动条件好等优点。辊锻为模锻提供合适的坯料,称为制坯辊锻;用于直接成形某些锻件,称为成形辊锻。我国近二十年来在辊锻技术上有了较大发展,制坯辊锻在汽车、拖拉机制造业中广泛应用,成形辊锻对一些成形难度较大的复杂锻件,已研制成功并应用于生产,例如连杆、叉车货叉、汽车前轴等零件,都已形成专业化生产厂。歪头连杆是指连杆和连杆盖接合面不与连杆主轴线垂直,一般倾斜45°角(如图1),若连杆盖具有双筋外形并有内凹(如图2),则不能将连杆和连杆盖组合在一起模锻。对于歪头连杆已有的锻造方法是胎模锻和模锻锤上模锻。制坯辊锻用于为直头连杆提供毛坯,然后在压力机上模锻成形。对于歪头连杆的制坯辊锻在国内外未见报导。作者研究了如图1所示歪头连杆的制坯辊锻工艺及模具设计方法,研究成果已应用于生产,这是歪头连杆制坯辊锻在国内外的首次应用。

图1歪头连杆

图2双筋连杆盖

二、歪头连杆辊锻道次确定及型槽系选择制坯辊锻的作用是使坯料金属体积分配规律符合锻件成形的要求,并使其外形符合锻件分模面形状,在模具设计中采用了4道次体积分配辊锻模具,1道次弯曲成形辊锻模,经5道辊锻模具制坯后所得的坯料,可在模锻设备上成形,研制中采用了摩擦压力机作为模锻(预锻和终锻)成形设备。1.体积分配辊锻道次的确定体积分配辊锻主要用于坯料的延伸变形。根据锻件图做出计算毛坯截面图和直径图,可知最大截面在连杆杆部和大头过渡处。对计算毛坯图简化后设计出辊锻毛坯图,其形状如图3所示。

图3辊锻毛坯图Ⅰ小头Ⅱ杆部Ⅲ大头

辊锻道次根据各段总延伸系数和平均延伸系数依下式确定:

式中n——辊锻道次λ——总延伸系数,即原坯料截面积Fo,与辊锻后坯料截面积Fn之比,λ=Fo/Fnλc——平均延伸系数,通常取λc=1.4~1.6根据锻件最大截面选取原坯料直径为60mm的坯料,由上式分别计算出各段辊锻道次,经计算知杆部B段,需采用4道次辊锻,因此分配金属体积的辊锻型槽应有4个,对于延伸量较小的A段和C段为满足工艺和截面形状的要求实际采用两道次辊锻(另外两道辊锻时该区段金属未变形),计算结果和实际采用的辊锻道次如表1所示。

表1辊锻道次计算项目区段λλc计算值n实际采用nA1.541.51.072B5.031.53.984C2.731.52.482

2.型槽系选择为保证锻件质量和成形采用椭圆—方型槽系。坯料在椭圆—方型槽系中变形时,金属的四面均受到压缩,使坯料的角部经常变换位置,如图4所示。圆形坯料在椭圆型槽中辊锻时,坯料A、A处与椭圆型槽深处先接触受到压缩变形,而在方型槽辊锻时,椭圆坯料B、B处先受到压缩变形,而得到方形截面坯料。方形截面坯料再进入第三道椭圆型槽时,方形的棱角被压平得到椭圆形坯料;此坯料进入第四道方型槽辊锻时,方形棱角又在新的位置呈现出来。这就可使坯料周边的金属得到均匀的冷却,由于四面反复受压,对变形金属的组织与性能也有良好的影响。此外,采用椭圆—方形槽系坯料辊锻的稳定性较好,有利于坯料变形。

图4椭圆—方型槽系

3.弯曲成形辊锻(第5道辊锻)弯曲成形辊锻的目的是利用锻辊将辊锻成直长形的坯料弯曲成形,以适应在模锻设备上模锻成形歪头连杆形状的要求(如图5所示)。在辊锻机上直接辊锻弯曲成形,可减少后面模锻成形设备的打击次数、操作时间,使全线生产节拍协调,并具有较高的生产率。

图5弯曲成形后坯料形状

4.辊锻坯料送进方向与工序安排为便于操作坯料采用逆向送进方式,即坯料送进方向与辊出方向相反,如图6所示。

图6逆向辊锻

工艺进行顺序为首先用钳子夹住坯料一端(相应于连杆大头端),在第1、2道型槽中辊锻杆部和小头,小头(A段)经两道辊锻后即可得到所需形状尺寸。然后将坯料调头,钳子夹住小头端,再进行第3、4道辊锻,坯料杆部继续延伸变形,同时头部(C段)进行延伸。经4道辊锻后得到了直长形的辊锻毛坯。第5道辊锻为对大头的形状弯曲成形,钳子仍夹持小头端,将坯料大头端送入型槽中弯曲,即可得到所要求的坯料形状。各道次辊锻均采用了坯料中间咬入的形式,保证了辊锻的正常进行。辊锻工艺流程及各道次坯料形状如图7所示。

图7辊锻工艺流程

三、型槽设计1.1~4道体积分配辊锻型槽设计设计计算各道毛坯截面尺寸与型槽尺寸,应逐道地进行计算,其任务主要是计算每一道次中的压下量和展宽变形量,从而求出每一道次辊锻后的坯料截面尺寸。坯料在辊锻型槽中的变形较复杂,为简化变形计算,常采用在平辊上轧制矩形坯料的方法计算在型槽中的变形,称为相应矩形法。在逐道进行型槽计算时,先按相应矩形法计算其相应矩形的变形,并求出各道次辊锻后的相应矩形尺寸,最后再换算为各型槽截面的尺寸。型槽纵向尺寸设计主要依据辊锻毛坯图。由于有前滑存在,型槽各段的长度较毛坯的相应区段的长度短,采用下式计算

式中L——计算区段型槽长度Ls——计算区段辊锻毛坯长度s——前滑值前滑值在设计中可根据经验值初定,对于杆部,应考虑到模具调试时,模具修磨比补焊容易进行,因此可把前滑估计得小些,这样待调试模具时,若发现杆部较长,可采用砂轮打磨模具的方法来减短。前滑值在坯料等截面的区段可按4%~6%的经验数值选取,也可采用有关前滑公式计算。在过渡的楔形区段前滑值与辊锻时的送进方向有关。当坯料薄端在前时,由于模具前壁对金属前滑的约束使前滑较小,一般为2%~4%;当坯料厚端在前时,无前滑约束区,则前滑较大,一般为6%~12%。2.第5道弯曲成形型槽设计第5道弯曲成形型槽要使毛坯符合锻件分模面形状,因此设计型槽应以连杆在分模面上的轮廓形状为依据。利用安装在锻辊上的扇形模具使经辊锻制坯的直长形坯料弯曲成形,设计中必需解决以下技术问题:(1)弯曲成形型槽是借助两锻辊上的扇形模具反向转动使坯料产生变形,因此应注意并解决好刚体(扇形模具)和塑性体(坯料)之间啮合运动规律问题。(2)在弯曲成形过程及坯料出模中,不可避免的会出现坯料的上下偏摆,为便于操作设计时应使坯料偏转量最小。(3)坯料在模具中弯曲时,应有可靠定位,否则在坯料弯曲时会产生纵向运动,不能保证得到所需要的弯曲成形形状。研制中较好的解决了这些问题,所设计的弯曲成形模具成功地辊制出了歪头连杆所需的坯料形状,这是歪头连杆在辊锻机上制坯的关键。四、应用图1所示的歪头连杆辊锻模具已在D43-630辊锻机上(图8)研制成功,其模具如图9所示,自左至右分别为第1、2、3、4、5道辊锻模。

图8D43—630辊锻机 图9辊锻模

根据此项研究成果,1996年建成了一条新型连杆辊锻生产线,其主要工艺流程是:下料→中频感应加热→5道次辊锻→摩擦压力机模锻成形→切边→校正→余热淬火。该线平均生产节拍为20s/件,每小时可生产180件。歪头连杆辊锻制坯模具的研制成功,为歪头连杆模锻生产开辟了一条新途径。参考文献[1]张承鉴主编.辊锻技术.北京:机械工业出版社,1986.[2]付沛福编著.辊锻理论与工艺.长春:吉林人民出版社,1983.[3]王仲仁主编.锻压手册(第1卷)锻造.北京:机械工业出版社,1993.(end)

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