董傳勇薛克敏：接套體多向模鍛工藝分析及模具設(shè)計(jì)

1、第 3 屆全國(guó)精密鍛造學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集（2008 年 12 月 3-5 日江蘇鹽城）154 接套體多向模鍛工藝及模具設(shè)計(jì)*合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院董傳勇薛克敏趙茂俞袁美玲摘要分析了接套體多向模鍛工藝及模具設(shè)計(jì)過(guò)程。提出了兩種成形方案，論證了一料兩件方案的優(yōu)越性，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的成形模具。對(duì)類似零件的成形工藝及模具設(shè)計(jì)具有較好的指導(dǎo)和借鑒作用。關(guān)鍵詞： 接套體；多向模鍛；模具設(shè)計(jì)multi-cored forging technology and design of die for connecting sheath abstract multi-cored forging technolog

2、y and die designing process for connecting sheath were analyzed. two forming plans were put forward and the advantage of two parts from one billet plan was proved. then the corresponding die was designed. the process plays a guiding and reference role for the similar part forming technology and die

3、design. key words: connecting sheath; multi-cored forging; die design 1 引言接套體是某廠大量生產(chǎn)的零件（如圖 1） ，傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝是用開式模鍛先鍛造出兩端無(wú)孔、底部空腔填實(shí)的鍛件，然后通過(guò)機(jī)械加工進(jìn)行生產(chǎn)，此工藝生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高，材料利用率低，且很難滿足零件性能要求1。為了克服傳統(tǒng)工藝的不足，決定采用多向模鍛工藝生產(chǎn)該零件。與開式模鍛相比，多向模鍛可以鍛出形狀更為復(fù)雜，尺寸更為精確的無(wú)飛邊，無(wú)模鍛斜度（或很小模鍛斜度）的中空鍛件，使鍛件最大限度地接近成品零件形狀尺寸，從而顯著地提高材料利用率，減少機(jī)械加工工時(shí)，降低成

4、本2-3。圖 1 零件三維視圖2 工藝方案的確定2.1 工藝分析該接套體材料為30crni3a ，強(qiáng)度較高 ,冷變形塑性差，且下部的非閉合腔壁的高寬比最大達(dá)6.6（厚度僅為 22.5mm），金屬充填窄而深的型槽時(shí)變形阻力很大，極難成型，中間為通孔，孔壁很薄，零件在常溫下很難成形。在生產(chǎn)中采用溫鍛成形，先將其加熱到750 ,使其強(qiáng)度降低，然后進(jìn)行加工4。接套體在進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)采用水平分模的模具結(jié)構(gòu)，可采用以下兩種方案：1）一料一件，其模具結(jié)構(gòu)如圖2(a)所示，零件一次擠壓成形；2）一料兩件，其模具結(jié)構(gòu)如圖2(b)所示，坯料經(jīng)過(guò)擠壓成形后(如圖 3 所示 )進(jìn)行熱處理，切*國(guó)防科工委專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目（

5、08-163）董傳勇薛克敏趙茂俞等：接套體多向模鍛工藝及模具設(shè)計(jì)155 斷，最后機(jī)加工。多向模鍛變形力按下式進(jìn)行計(jì)算3：p=kfb式中：k為鍛件形狀系數(shù)，取6.4 8，形狀簡(jiǎn)單的鍛件取小值，形狀復(fù)雜的取大值，本文k取 7.5；f為鍛件主變形方向投影面積，2mm；b為金屬變形溫度下的強(qiáng)度極限，pa，查得 30crni3a 在 750 時(shí)b 2 108pa。如果采用第一種方案，由上式可得左沖頭變形力左p7.5 3.14 43326102m 2 108pa=1282kn，右沖頭變形力右p=7.5 3.14 42626102m 2 108pa=796kn， 左 右 沖 頭 變 形 力 差 值左p右p=

6、486kn。為此在模具結(jié)構(gòu)方面，采用上下模沉入上下模板的形式；而偏載力主要還需要液壓機(jī)來(lái)平衡，這對(duì)液壓機(jī)提出了更高的要求。而采用第二種方案，零件左右對(duì)稱，則可以從根本上解決左右沖頭的擠壓力不平衡問(wèn)題。另外，由于零件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，成形后零件會(huì)留在下模，所以需要設(shè)計(jì)頂出裝置。若采用第一種方案，由于零件下部空腔在中間位置，所以需要設(shè)計(jì)兩個(gè)頂料裝置(如圖 2(a)所示 )，但在生產(chǎn)中若兩邊頂出不平穩(wěn)，容易造成鍛件的變形；而采用第二種方案，只需要在鍛件的中間位置設(shè)置一個(gè)頂料裝置就能保證頂出的平穩(wěn)性，防止了鍛件變形，提高了工作效率。a)一料一件b)一料兩件圖 2 模具結(jié)構(gòu)圖1. 上模板2. 上模 3. 右

7、固定板4. 右模板5. 右沖頭6. 下模7. 下模板8. 頂件器9. 頂桿10. 左固定板11. 左沖頭12. 左模板13. 墊板經(jīng)過(guò)以上分析比較，一料兩件成形方案雖然材料利用率有所降低(約 4%)，但保證了鍛件的精度，簡(jiǎn)化了模具結(jié)構(gòu)，提高了生產(chǎn)效率，所以決定采用第二種方案。圖 3 一料兩件鍛件三維視圖第 3 屆全國(guó)精密鍛造學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集（2008 年 12 月 3-5 日江蘇鹽城）156 2.1 工藝路線根據(jù)工藝分析，確定接套體多向模鍛工藝的生產(chǎn)過(guò)程為：下料加熱(加熱溫度為750)多向模鍛成形熱處理切斷機(jī)加工。2.2 毛坯形狀及尺寸的選擇根據(jù)接套體的要求，考慮到 30crni3a 在 75

8、0產(chǎn)生的氧化皮和后續(xù)機(jī)加工應(yīng)預(yù)留余量，鍛件兩端各加2mm的余量。 為了便于成形和脫模，下部的非閉合腔壁設(shè)計(jì)成有2 的斜度。 考慮到零件兩端為26mm，在生產(chǎn)中采用26mm的棒料，可以減少變形量，降低鐓粗比。通過(guò)ug計(jì) 算 坯 料 的 體 積為v 989603mm， 則 下 料 的 長(zhǎng) 度 為187mm， 質(zhì) 量 為m98960 1093m 7.8 103kg/3m=0.78kg。3 多向模鍛模具設(shè)計(jì)3.1 模具結(jié)構(gòu)及工作原理模具結(jié)構(gòu)如圖2(b)所示，沖頭及上下模、頂件塊均采用h13 鋼。工作時(shí)液壓機(jī)主滑塊帶動(dòng)上模 2 抬起，將加熱后的坯料放入下模6，然后上模落下與下模合模，之后左沖頭11 和右

9、沖頭 5 同時(shí)沖入模腔。工作完畢左右沖頭拔出，上模抬起，頂桿9 在下頂出缸的作用下，推動(dòng)頂件器8將鍛件頂出。由于鍛件底部的非閉合腔壁屬于難充滿部位，加之在坯料充填的后期，模腔內(nèi)殘留的空氣均被壓縮在模腔的底部，阻礙了金屬充填，所以在設(shè)計(jì)模具時(shí)，模腔底部的深度比鍛件腔壁的高度高4mm，用來(lái)容納殘留的空氣，減少充型過(guò)程中空氣的阻力，使金屬更容易充型。3.2 模具關(guān)鍵零件設(shè)計(jì)(1) 沖頭設(shè)計(jì)：沖頭結(jié)構(gòu)是影響其壽命的主要因素之一，沖頭結(jié)構(gòu)上斷面變化處的應(yīng)力集中，是引起沖頭碎斷的根本原因5，為了減少應(yīng)力集中，在沖頭斷面變化大的臺(tái)階處采用錐面過(guò)渡，大圓弧光滑連接，其結(jié)構(gòu)如圖4 所示6，圖 4 沖頭結(jié)構(gòu)圖(2

10、) 上下模設(shè)計(jì)7-8：模壁厚度s可按下式確定: s=(11.5)h 40mm其中h為模膛最深處的深度。模塊高度尺寸s與底厚t應(yīng)盡可能符合如下條件：t (0.60.65)s對(duì)于分模面無(wú)落差的鍛件，可以采用一般鎖扣，其目的是為了保證鍛件精度和便于模塊安裝、調(diào)整等。本模具采用側(cè)面鎖扣型式，主要用于防止上、下模相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)和前后左右的錯(cuò)移。4 結(jié)束語(yǔ)(1) 采用一料兩件的工藝方案后，解決了偏載力問(wèn)題，并使頂出機(jī)構(gòu)得到了優(yōu)化，鍛件出模更加平穩(wěn)，可靠，生產(chǎn)效率大幅提高。(2) 針對(duì)鍛件底部腔壁難以充滿的問(wèn)題，提出了加深模腔底部深度的方案。(3) 為了減少或消除應(yīng)力集中，在沖頭斷面變化大的臺(tái)階處采用錐面過(guò)渡，大

11、圓弧光滑連董傳勇薛克敏趙茂俞等：接套體多向模鍛工藝及模具設(shè)計(jì)157 接。(4) 采用多向模鍛生產(chǎn)的接套體機(jī)加工少、材料利用率高、成本低，必將帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益。參考文獻(xiàn)1 章云龍 . 81-1 式自動(dòng)步槍接套體脆斷探討j. 兵器材料科學(xué)與工程, 1989,4:51-54. 2 呂炎等 . 鍛壓成形理論與工藝m. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991：179-182. 3 邱積糧 . 筒形零件多向模鍛工藝j. 金屬成形工藝，1991，9(4):11-18. 4 s. sheljaskov. current level of development of warm forging technologyj, jmpt (1994) 46：3 18. 5 王孝培 .