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文檔簡介
1、典型零件成形工藝全國緊固件標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會標(biāo)準(zhǔn)宣貫租2006年11月一、汽車后輪內(nèi)螺母多工位加工工藝一、汽車后輪內(nèi)螺母多工位加工工藝介紹介紹1、工藝分析、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(shè)計(jì)、變形工步的設(shè)計(jì) 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(fù)合擠壓。(見下圖)正反復(fù)合擠壓 鐓頭及倒角 鐓頭 鐓平 整形 切料3、變形特點(diǎn)分析、變形特點(diǎn)分析 3.1、正反復(fù)合擠壓變形程度、正反復(fù)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、2、球面凸緣鐓粗、球面凸緣鐓粗 3.2.1、鐓粗變形特點(diǎn) 鐓粗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(yīng)力狀態(tài),愈接近中心,三向壓縮程度愈強(qiáng)烈,所以這區(qū)域的變形很小。 區(qū)域?yàn)榇笞冃螀^(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(yīng)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(kuò)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(cè)的筒形部分,稱小變形區(qū)。它的外側(cè)是自由表面,端面
3、摩擦影響又小,因而應(yīng)力狀態(tài)可看成近似單向壓縮,其變形不大。 3.2.2、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(yù)制出一定的球面,使其在三序成形時,金屬在向徑向擴(kuò)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(shè)計(jì)中應(yīng)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(shè)計(jì)、中間工位毛
4、坯設(shè)計(jì) 中間工位毛坯是擠壓前半成品,主要進(jìn)行材料體積和變形量的分配,為成品擠壓形狀及尺寸等方面的準(zhǔn)備工作。3.3.1、中間毛坯設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下問題、中間毛坯設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下問題 1)最大限度滿足擠壓件的質(zhì)量要求; 2)應(yīng)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(shè)中間變形; 4)中間毛坯錐形的錐度應(yīng)大于擠壓件相應(yīng)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、各毛坯間的尺寸配合 a、徑向尺寸的配合關(guān)系確定徑向尺寸配合關(guān)系的原則是:要使毛坯能夠自由放入下道的模腔內(nèi)。在確定各道毛坯尺寸時,應(yīng)從成品開始反過來進(jìn)行推算。 b、軸向尺寸的配
5、合關(guān)系考慮到成形時,將有部分金屬進(jìn)入模腔內(nèi),使軸向尺寸增加一高度H。 c、其它尺寸的配合關(guān)系為防止金屬滯流,中間毛坯的過渡部位應(yīng)設(shè)計(jì)為錐形。3.4、原材料要求、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(jìn)行中間處理,為便于成形,因此需要嚴(yán)格規(guī)定原材料的技術(shù)要求。 其要求為: a. 材料表面應(yīng)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(jié)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(jì)算、材料體積計(jì)算 運(yùn)用制圖軟件Autocad進(jìn)行精確的1:1繪制第五工位毛坯立
6、體圖,通過工具欄查詢可知體積,當(dāng)然也可分為幾個簡單的立體形狀進(jìn)行組合計(jì)算,得到體積,但運(yùn)用制圖軟件可以更快捷、準(zhǔn)確,同時可對各部分體積進(jìn)行調(diào)整、編輯,合理設(shè)計(jì)毛坯尺寸。4、 成形力計(jì)算成形力計(jì)算 4.1、剪切力的計(jì)算 根據(jù)以上設(shè)計(jì)的毛坯預(yù)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(shè)計(jì)手冊)查得 材料抗拉強(qiáng)度b550N/mm2 4.2、整形(一序)、鐓平(二序)力的計(jì)算:、整形(一序)、鐓平(二序)力的計(jì)算: 整形力P830 KN 鐓平力P1055KN 鐓粗時的系數(shù)鐓粗時的系數(shù)C值值H1d1C2.4H10.8d1 C35注:
7、沖壓設(shè)計(jì)資料圖6-32鐓粗時的系數(shù)鐓粗時的系數(shù)C值值注:冷鍛手冊圖2.474.3、三、四序成形力的計(jì)算、三、四序成形力的計(jì)算 三序成形力 PFC均0.78535.3621.8595/10001075KN 四序成形力 PFC均0.78535.821.8595/10001082KN 4.4、正反復(fù)合擠壓力計(jì)算:、正反復(fù)合擠壓力計(jì)算: 擠壓力PpF凸模23800.78518.682/1000660KN 總鐓鍛力P4980 KN,10FF5、主要模具設(shè)計(jì)、主要模具設(shè)計(jì) 5.1、切料工位模具設(shè)計(jì)、切料工位模具設(shè)計(jì) 為保證切料質(zhì)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(zhì)合金YG2
8、0C材料制造,為避免料彎而進(jìn)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(shè)計(jì)、一、二、三、四工位模具設(shè)計(jì) 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(jié)構(gòu),為方便模具設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化,統(tǒng)一采用三層組合凹模, 三層組合凹模的最佳設(shè)計(jì)方案是凹模與第一預(yù)應(yīng)力環(huán)及第二預(yù)應(yīng)力環(huán)同時屈服,而且要根據(jù)給定的凹模內(nèi)外徑尺寸來決定能使容許內(nèi)壓達(dá)到最大的預(yù)應(yīng)力環(huán)直徑及過盈量。6、潤滑潤滑 為了降低成形時的單位成形力,提高零件表面質(zhì)量,延長模具使用壽命,必須對成形毛坯進(jìn)行合理的潤滑處理。 對原材料表面采用磷酸鹽處
9、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(jìn)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(jī)的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)螺母熱鐓機(jī)的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)1.1、螺母熱鐓機(jī)的優(yōu)點(diǎn)、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(jī)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
10、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(fù)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(jī)的缺點(diǎn)、與冷鐓工藝相比,對模具的機(jī)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(shè)備投資成本較大,外圍輔助設(shè)施復(fù)雜。 熱鐓機(jī)分為主機(jī)及感應(yīng)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(jìn)入送料機(jī)構(gòu),通過棒料傳送裝置經(jīng)中頻感應(yīng)加熱爐加熱到設(shè)定溫度進(jìn)入熱鐓機(jī)成型,產(chǎn)品經(jīng)過切料、鐓扁、成形、沖孔等工序完成,設(shè)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(jìn)入儲料區(qū),然后采用
11、夾鉗傳送到成形、沖孔工序,這樣的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),可以最大限度的去處加熱所產(chǎn)生的氧化皮,并防止其進(jìn)入成形模中,避免影響產(chǎn)品質(zhì)量及降低模具壽命。3.1、成形毛坯熱鍛件圖的設(shè)計(jì)、成形毛坯熱鍛件圖的設(shè)計(jì) 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(yīng)比冷鍛件圖的相應(yīng)尺寸有所增大。理論上加放收縮率后的尺寸按下式計(jì)算: Nn(1+Z%) 式中 N熱鍛件尺寸; n冷鍛件尺寸; Z終鍛溫度下鍛金屬收縮率,鋼一般為1.21.6 加放收縮率時還應(yīng)主要下列幾點(diǎn): 、無坐標(biāo)中心的圓角半徑不放收縮率; 、薄而寬、細(xì)而長的尺寸部位,因在熱鐓時冷卻快,收縮率應(yīng)適當(dāng)減小。3.2、體積計(jì)算 根據(jù)熱鍛件圖
12、可知,V總V1+V2-V33.4、中間毛坯尺寸的設(shè)計(jì) 中間毛坯尺寸的計(jì)算,依據(jù)塑性變形材料體積不變原則,。 在設(shè)計(jì)毛坯尺寸時需要特別注意以下幾點(diǎn): C應(yīng)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(zhì)量; 必須C/Dd1,防止鐓扁坯料經(jīng)滑道時翻轉(zhuǎn),造成卡料。 如以上條件不滿足時,須調(diào)整材料直徑規(guī)格。4、熱鍛溫度的選擇熱鍛溫度的選擇 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(shí)踐和大量的試驗(yàn)研究,現(xiàn)有鋼種的鍛造范圍均已確定,可從有關(guān)手冊查得。 。5、模具設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì) 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(fù)沖擊載荷和冷熱交變作用,因熱應(yīng)力而容易
13、導(dǎo)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(yīng),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(qiáng)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(dāng)?shù)睦鋮s。除設(shè)備上已具有的冷卻管道外,在設(shè)計(jì)模具時,也必須考慮冷卻水孔的設(shè)計(jì)。 成形尺寸先從理論上依據(jù)計(jì)算出的熱鍛件圖,然后再經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐重新確定、修復(fù)模具的成形尺寸,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,其損壞較上沖模快,采用此種設(shè)計(jì)方式,即可簡化模具加工難易程度,消除過度處的應(yīng)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(jié)構(gòu)同冷鐓模類似,其設(shè)計(jì)原則也大致相同,為防止應(yīng)力集中而產(chǎn)生開裂,成形模采用縱向剖分結(jié)構(gòu)。成形模采
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