典型螺母冷鐓工藝設計.ppt

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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(nèi)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εF=（1－）×100％＝26％ 3.1.2、反擠壓 斷面收縮率εF=×100％＝×100％＝42％,3.2、球面凸緣鐓粗 3.2.1、鐓粗變形特點,鐓粗變形一般分為三個區(qū)域（見上圖） 區(qū)域Ⅰ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Ⅱ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Ⅲ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。,3.2.2、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(zhì)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(nèi)。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(nèi)，使軸向尺寸增加一高度ΔH。 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8～14μm，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(diào)整、編輯，合理設計毛坯尺寸。,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，φ28.1材料。 剪切力P＝280KN ML20Cr，硬度160HB，由圖6-31（注：《沖壓設計手冊》）查得 材料抗拉強度σb＝550N/mm2 4.2、整形（一序）、鐓平（二序）力的計算： 整形力P＝830 KN 鐓平力P＝1055KN,,鐓粗時的系數(shù)C值 H1＞d1 C≈2.4 H1≤0.8d1 C≈3～5 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 P＝F·C·σ均＝0.785×35.362×1.8×595/1000＝1075KN 四序成形力 P＝F·C·σ均＝0.785×35.82×1.8×595/1000＝1082KN 4.4、正反復合擠壓力計算： 擠壓力P＝p·F凸模＝2380×0.785×18.68 2/1000＝660KN 總鐓鍛力P＝4980 KN，,,5、主要模具設計,5.1、切料工位模具設計 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(nèi)外徑尺寸來決定能使容許內(nèi)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(zhì)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 ⑴、原材料采用熱軋棒料，省去改拔、退火、磷化等材料改制工序； ⑵、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； ⑶、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5～8倍； ⑷、可加工冷成形不能加工的形狀復雜的產(chǎn)品； ⑸、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 ⑴、與冷鐓工藝相比，對模具的機械性能要求較高，且壽命低； ⑵、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； ⑶、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(zhì)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： N＝n（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1.2～1.6 加放收縮率時還應主要下列幾點： ①、無坐標中心的圓角半徑不放收縮率； ②、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5～12，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/Dd≤1，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(diào)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(nèi)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(nèi)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。,