歪头连杆制坯辊锻模具设计

来源:网络  作者:网络转载   2019-10-09 阅读:355
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/Fn

λc——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n
A1.541.51.072
B5.031.53.984
C2.731.52.482

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。

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。

标签: 连杆
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