装载机轮边支承热挤压工艺实践

   2016-05-05 互联网佚名8470
核心提示:一、引言热挤压成形具有材料利用率高(70%以上),操作简单,生产效率高,产品尺寸一致,表面质量明显高于模锻件等优点。因此,越来越多的挤压件用来代替模锻件甚至切削加工。但由于挤压成形是在封闭的模腔内处于三向压应力状态下成形,故变形抗力大幅度提

一、引言

热挤压成形具有材料利用率高(70%以上),操作简单,生产效率高,产品尺寸一致,表面质量明显高于模锻件等优点。因此,越来越多的挤压件用来代替模锻件甚至切削加工。但由于挤压成形是在封闭的模腔内处于三向压应力状态下成形,故变形抗力大幅度提高,这就对模具承压部分提出了更高的强度和刚度要求,以保证挤压件的精度。在挤压深孔型零件时,要求工艺合理,模具定位精度高,以减少壁厚差带来的废品和提高冲头的使用寿命。

图1所示的零件,是50型装载机上的一个重要保安件。该零件毛坯原采用自由锻成形,内腔无法锻出,外表面质量差,切削余量大,毛坯重约90kg,材料利用率不足50%。如果采用热挤压工艺来成形此件,则可挤出内腔,减少机加工余量,提高材料利用率和工件的使用寿命。本文针对装载机轮边支承零件进行了工艺分析,设计了一套可供生产使用的热挤压成形模具。

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图1零件图

二、热挤压工艺分析及挤压图确定

1.成形工艺分析

由图1可知,该零件的大端法兰直径为210mm,而小端直径仅为142mm,两端直径悬殊较大,法兰不易成形。内孔要求挤压成形,不再机械加工,但62mm内孔的长径比为7,大大地超出了设计规范中凸模长度h应是凸模直径d的3~4倍的要求。且内腔口部有r30与r10相切后与62mm形成一个台阶,这种台阶在热挤压中会使金属的流动速度不一致,而在r处产生折叠致使工件报废。因此如何将该工件的深孔挤压成形,壁厚差δs≤3mm,在r过渡部位避免出现金属折叠层,成为该工件挤压工艺与模具设计的关键所在。

2.挤压工艺方案确定

根据多年从事热挤压工艺实践的经验,任何一种热挤压均应先压型(整形),经压型后的坯料,消除了下料时产生的端面倾斜及端面上的凸凹不平现象,且坯料下部被压出锥形,使坯料能稳定地与冲模对准中心,避免了下道工序冲孔时因冲头受偏心载荷的作用而产生的壁偏差。针对这一零件,由于内孔较深,且为台阶孔,为避免出现金属折叠层,其内形应由凸模一次成形,但一次成形凸模长度不能太长,太长会使凸模折断,且壁厚差也无法保证。为此我们采取了先成形法兰及部分内形,再反挤出内孔,最后将连皮冲掉的方案。这样内腔完全成形,不再机加工,节省材料22.65kg,材料利用率达76%,降低了产品成本。

3.挤压零件图确定

热挤压零件图的确定是以产品零件图为基础而确定的,在保证产品质量的前提下,应当给出最小的加工余量。但由于该件几何尺寸较大,且是装载机上的一个重要保安件,有些尺寸需磨削,属要求较高的零件。为此,我们依据热挤压件加工余量和公差及生产实践,在满足机加余量的前提下,对毛坯进行了精化设计,精化后的毛坯重量约65.7kg。

三、挤压模具的设计及工作原理

1.模具结构

根据上述分析,成形该零件的关键工序是镦挤工序和反挤工序,故在此只对这两道关键工序的模具结构进行简单介绍。

镦挤成形模(图2)关键是既要镦出法兰,又要挤出内孔。我们设计了一种活动冲头,装在成形法兰的压头内,采用活动冲头,有效地解决了冲头与工件抱死后的脱料问题,避免了因抱冲头而造成的一连串模具报废的现象。成形法兰的压头内所开的排气孔,巧妙地解决了润滑模具产生的气体排放问题。由于冲孔较浅,避免了壁偏差的产生,而且压出的内腔形状为下道工序冲孔起到了定心的作用。将镦挤成形后的坯料放入定位套内(凹模内),用反挤冲头将孔深挤至图纸要求尺寸(见图3)。将孔深挤到位的工件放入到冲连皮模座内,用冲连皮冲头将连皮冲掉。至此,一次加热完成了整个工作过程,得到了一个内腔完全成形,不需再进行机械加工的零件。

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图2镦挤成形模
1.机座 2.工件 3.顶杆 4.凹模 5.活动冲头 6.排气孔 7.压头

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图3反挤压模
1.反挤冲头 2.工件 3.定位套 4.顶杆

2.工作原理

将压过型的坯料放入镦挤成形模具内,凹模内的顶杆与压头、活动冲头构成一个封闭的模腔,使工件在三向压应力的作用下成形。镦挤成形结束后,随着设备上行,上下模分开,顶料杆将工件顶出。

将镦挤成形的工件放入反挤压模具内,利用凹模定位,将工件放正,反挤冲头沿镦挤成形时已形成的内腔向下运动,因下部凹模内金属无充填空间,故金属只有沿与冲头运动方向相反的方向流动,这样深孔被挤出,外形几何尺寸也得到了保证。

四、结论

装载机轮边支承热挤压工艺与模具,通过试验及小批量生产,证明工艺是合理的,模具设计是正确的,产品的几何尺寸及内、外表面质量均达到了设计要求。材料利用率也由原来的不足56%提高到76%,机械加工工时减少了50%左右,大大地降低了生产成本,满足了用户的需求,提高了企业的经济效益。而且该零件反挤压工艺的试验成功,为今后大型空心热挤压锻件的生产奠定了基础。
 
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