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《模具制造》2010年第6期昆山仕泰隆国际机械模具城全球招商热线:0512-86188888(20线)网址::筒形件旋压工艺及其模具设计王国林1,聂兰启2,汪发春31.山东交通职业学院(山东潍坊261061)2.山东红旗机电有限公司(山东潍坊261031)3.北京有色金属研究总院(北京100088)【摘要】通过对筒体零件工艺进行分析,介绍了该零件的工艺计算,旋压工艺参数的确定,旋轮及芯模结构设计。关键词:筒形件;旋压;模具设计中图分类号:TG385.2文献标识码:B文章编号:1671-3508-2010-03-33-107Spinning-PressingProcessandDieDesignfortheCylindricalParts【Abstract】Throughanalysisofformingprocessofcylindricalbody,introducedtheprocessofcalculationandspinning-pressingprocessparametersanddiestructure.Keywords:cylindricalparts;spinning-pressing;diedesign1引言筒体是某产品的重要零件,如图1所示。图1筒体该零件外表面粗糙度值≤Ra6.3μm,内表面粗糙度值≤Ra3.2μm,具有径厚比大(径厚比为46)、壁薄、几何尺寸精度高等特点。该筒体材料为30CrMnSiA,大批量生产。2工艺分析对该类零件的加工有以下两种方法。2.1机械加工采用无缝钢管,下料后,先加工零件的内孔,然后在数控车床或仿形车床上加工零件的外形,使其达到产品图要求。由于该零件尺寸精度高,表面粗糙度值低,尤其是零件的壁厚差±0.05mm,要求比较严格。采用传统的机械加工很难保证零件尺寸精度和表面粗糙度,而且生产效率低,产品成本高,所需的工装比较复杂。20R51.5±0.05ϕ60±0.07ϕ690-0.19R520240ϕ69(2)模具工作过程。把模具正确地安装在冲床上,上滑块下行时,铜管外圆在凹模周边斜面的导向作用下,逐步进入凹模,同时成形凸模的前端导向部分已经进入铜管内孔中,铜管零件在凹模、成形凸模的相互作用下达到下死点;凹模与定位芯轴成形两斜面,成形凸模保证扁端R尺寸。滑块上行,冲床卸料装置经打杆、打板传力到推板,推出零件,成形结束。重复这一循环过程,得到成形后的合格零件。4设备选用因零件是纵向成形,成形部分较长,模具的闭合高度较高,要求冲床曲臂长度大于80mm,才能方便取放零件。结合本公司现有设备,选用JL-63吨。5结束语该模具经试模调试,现已批量生产使用一年。实践证明,采用该方案完全能保证尺寸要求。6参考文献[1]冲模设计手册编写组.冲模设计手册[M].机械工业出版社,1999.[2]王孝培.冲压手册[M].机械工业出版社,1990.··21《模具制造》2010年第6期淮安仕泰隆国际工业博览城全球招商热线:0517-86299999(20线)网址::2.2强力旋压加工采用无缝钢管,下料后,先加工零件的内孔,然后在旋压机上强力旋压加工零件的外形,使其达到产品图要求。强力旋压属于精密压力加工,所得零件的直径精度一般可达IT9级以上,表面粗糙度值≤Ra6.3μm,尺寸偏差小是强力旋压的一个显著特点。强力旋压加工属于冷加工,成形后的材料晶粒变细,并具有明显的纤维组织,材料的强度和硬度都有不同程度的提高。而且材料利用率高,零件生产成本低。并且强力旋压所需工装相对比较简单,所需设备吨位小。通过以上分析,结合工厂现有的旋压设备,决定采用强力旋压加工该零件。3工艺计算3.1毛坯的选择和尺寸计算(1)毛坯的选择。毛坯种类的选择,除考虑技术上的可行性和经济上的合理性以外,还要考虑工厂现有的设备情况。一般情况下,管形件选用经过机械加工修正的管材做为旋压毛坯。(2)毛坯尺寸计算。根据自制双轮强力旋压机工作能力、30CrMnSiA材料塑性加工工艺性能和筒体的几何尺寸要求,按照旋压变形过程中材料的体积不变定律,拟定坯料的直径为ϕ60+0.0740mm、壁厚为4.5±0.1mm、理论长度为150.3mm。根据实际需要,对坯料长度进行了修正,增加了20mm压余量和5%左右的成品去头部分,最后确定坯料长度为178±2mm。毛坯如图2所示。图2旋压毛坯(3)对旋压毛坯的质量要求。旋压毛坯的质量直接影响旋压零件的质量,若毛坯内孔过大,则毛坯与旋压芯模之间的间隙过大,旋压后将使旋压零件产生椭圆和弯曲,若毛坯内孔过小,旋压毛坯无法装入旋压芯模。毛坯的壁厚差及端面不垂直度都能引起旋压零件弯曲。因此,对旋压毛坯必须严格进行要求,内孔和外径必须100%检验,毛坯的壁厚差<0.2mm,端面不垂直度<0.1mm,毛坯的表面粗糙度值≤Ra6.3μm。毛坯表面不能有裂纹、夹层等缺陷。3.2旋压次数及各道次壁厚减薄率的确定(1)零件旋压成形的壁厚减薄率εt。式中t0——毛坯的壁厚tmin——零件的最小壁厚该零件旋压成形的壁厚减薄率:(2)旋压次数的确定。由于该零件材料30CrMnSiA的断面收缩率ψ=40%,该材料的最大减薄率:εtmax=×100%=×100%=70%。而零件旋压成形的壁厚减薄率为67.8%,接近极限值,故一次旋压成形困难,因此需采用两次旋压成形或采用双旋轮一次旋压成形。根据自制双轮强力旋压机的结构,采用双旋轮一次旋压成形。(3)各道次壁厚减薄率的确定。各道次壁厚减薄率的分配,要考虑有利于零件的旋压成形和有利于保证零件的质量。为保证旋压芯模在旋压过程中受力平衡,两旋轮受力必须均匀一致,壁厚减薄率采用平均分配的方法,两旋轮各承担总壁厚减薄率的50%。设第一次旋压后毛坯壁厚t1,根据ε1=ε2:即:,经计算得:第一个旋轮旋压后毛坯壁厚t1=2.554mm。第一个旋轮旋压的壁厚减薄率ε1=×100%=×100%=43.2%。第二个旋轮旋压的壁厚减薄ε2=×100%=×100%=43.2%。··22《模具制造》2010年第6期昆山仕泰隆国际机械模具城全球招商热线:0512-86188888(20线)网址::根据该零件几何尺寸及其精度要求,使用自制强力旋压机进行旋压试验(外旋),试验工艺方案为:管坯(无缝钢管)→机械加工→探伤→旋压成形。3.3旋压工艺参数的确定旋压工艺参数的选择,直接影响旋压零件的质量、旋压力的大小和旋压生产的加工效率。确定旋压工艺参数,首先要保证旋压件的质量。在保证旋压件质量的前提下,工艺参数的选择应尽可能提高生产效率,降低零件的生产成本。旋压工艺参数主要包括旋压速度v、芯模转速n和进给量S等。(1)芯模转速n。由于该强力旋压机为自制专用设备,无变速机构,转速为一固定值。芯模转速n=1,000转/min。(2)旋压速度v。旋压速度v与芯模转速n之间存在以下关系:v=πDn式中D——毛坯变形处的直径,D=0.069m则旋压速度v=π×0.069×1,000=216.7m/min。(3)进给量S。进给量S与n旋压速度v、芯模转速之间存在以下关系:S=。进给量S==0.216mm/转。通过试验,筒体旋压进给量S为0.15~0.22mm/转。(4)两旋轮间错距。为了平衡作用在芯模上的径向旋压力,除尽量使两个旋轮的径向旋压力相等外,一般希望两旋轮间错距尽量小,但错距过小,容易引起旋压零件扩径。两旋轮间错距一般取1~3mm。4旋压工艺装置的设计强力旋压工艺装置主要包括旋轮、芯模、尾顶和靠模等。4.1旋轮的设计筒形件强力旋压一般采用台阶旋轮。旋轮的设计主要是确定各工作角度和各工作尺寸。(1)引导角γ。引导角γ的主要作用是对毛坯进行预压,以防止前部材料的隆起和堆积。一般γ角取3°~8°。这里取γ=3°。(2)成形角α。成形角α对旋压起关键作用,其大小直接影响旋压力的轴向和径向分配。一般情况下,成形角α小,则径向分力变大,轴向分力变小,同时隆起就小,一般取15°~45°。这里取α=30°。(3)压下台阶高度h。旋轮上制出压下台阶的目的是为了阻止旋压时材料的隆起。主要根据道次压下量的数值来确定,一般按照h=(1.1~1.3)×Δt(Δt=tn-1-tn)进行计算。对于该旋轮h=(1.1~1.3)×Δt=(1.1~1.3)×(4.5-2.554)=2~2.5mm。根据资料,实际生产中,台阶高通常比壁厚减薄量大1~3mm,这里取压下台阶高度h=5mm。(4)圆角半径R。圆角半径主要影响零件的尺寸精度和表面粗糙度。一般情况下,较小的R值有利于旋压零件贴模,但R值过小,会使表面质量下降。故应根据实际情况综合考虑,通常可按R=(0.6~1.0)×t0进行设计。对于该零件,R=(0.6~1.0)×4.5=2.7~4.5mm。这里取R=4mm。(5)退出角。退出角对成形一般影响不大,但如果该角选择过大,会使旋轮工作时圆角半径R处的强度降低,导致受力部位局部断裂。因此,退出角通常选取20°~30°。这里取30°。(6)旋轮工作直径D。加大旋轮工作直径D,有利于增加旋轮与工件间的周向接触长度,从而提高旋压零件的直径精度,同时有利于提高旋轮的工作寿命,但旋轮工作直径D过大,不仅受到旋压设备的限制,还增加了旋轮的制造成本。常见的旋轮直径为200~300mm。这里取D=206mm。(7)旋轮材料的选择。为保证旋轮具有较高的使用寿命,旋轮材料选用高速钢(W18Cr4V),热处理63~65HRC,表面进行氮化处理。旋轮如图3所示。4.2芯模的设计芯模的结构由工作部分和连接部分组成。芯模与旋压机的连接是通过芯模的锥形尾柄和旋压机主轴内锥孔配合定位,并兼起紧固和传递扭矩的作用。这种连接方式具有结构简单,使用方便等特点,适用于中小直径的芯模。(1)芯模工作部分尺寸的确定。··23《模具制造》2010年第6期淮安仕泰隆国际工业博览城全球招商热线:0517-86299999(20线)网址::在实际生产中,芯模工作部分尺寸一般取旋压毛坯的内孔尺寸,对于该旋压零件,芯模工作部分尺寸取ϕ60mm。芯模工作部分直径尺寸的精度等级一般为h6~h8,表面粗糙度值≤Ra0.4μm~Ra0.2μm。这里取芯模工作部分直径尺寸的精度等级一般为h7,表面粗糙度值≤Ra0.4μm。芯模如图4所示。(2)芯模材料的选择。在旋压过程中,芯模要承受很高的压力、强烈的摩擦和热效应作用,要求芯模必须有足够的强度、硬度、刚度和良好的耐磨性、耐热性,因此,一般采用高速钢、合金工具钢、轴承钢等材料来制造芯模,并需进行强化处理。该旋压芯模选用高速钢(W18Cr4V),热处理63~65HRC,表面进行氮化处理。ϕ0.005ϕ0.005ABC抛光0.2A0.80.81.6R2±0.1ϕ600-0.03ϕ55-0.02-0.0515°±15′211×45°155.52853530.43×0.51.680.8ϕ61+0.10ϕ84CB8R27:24锥度5结束语筒体采用采用强力旋压加工,提高了生产效率,降低了生产成本,产品良品率有了较大提高,取得了较好的经济效益和社会效益。6参考文献[1]徐洪烈.强力旋压技术[M].国防工业出版社,1984.[2]中国锻压学会旋压学术委员会.旋压技术基础教材[M].中国锻压学会旋压学术委员会,1982.[3]王成和,刘克璋.旋压技术[M].机械工
本文标题:筒形件旋压工艺及其模具设计
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