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    ?安裝法蘭鍛造工藝及模具設計

    馬麗、趙紅圖 衡水裕菖鑄鍛有限公司 河北衡水053000

    摘要:本文在介紹法蘭常用鍛造方法的基礎上,分析了鍛造工藝和模具設計,并提出了鍛造過程中的注意事項。結合實際鍛造的情況,認為復合擠壓工藝可以節約大量原材料,有效降低加工時間和綜合成本,經濟效益明顯。

    關鍵詞:安裝法蘭;鍛造工藝;模具設計

    安裝法蘭是工程機械液壓缸關鍵受力部件,必須具有較好的綜合力學性能,才能滿足工程作業過程中的很大負荷,否則,作業過程中一旦出現質量問題,將造成很大安全事故及不可估量的經濟損失。經分析,采用模鍛件制造該產品是比較合理的選擇。

    1.產品特性分析

    產品零件,材質為35鋼。為便于分析,把該產品分為上下兩部分,上半部分稱為頭部,下半部分稱為頸部。頭部為扁平長方形,特點是面積大、厚度很??;頸部為圓筒形狀,特點是孔大、頸高、壁薄。根據產品特性分析,可看出該產品鍛造難度較大。

    2.鍛造方法

    法蘭的常見鍛造工藝方法主要有自由鍛和模鍛兩種。生產時,按鍛件質量的大小、生產批量的多少,選擇不同的鍛造方法。

    2.1自由鍛

    自由鍛生產率低,加工余量大,但工具簡單,通用性大,故被廣泛用于鍛造形狀較簡單的單件、小批生產的鍛件。自由鍛設備有空氣錘、蒸汽-空氣錘和水壓機等,分別適合小、中和大型鍛件的生產。

    在自由鍛造時,鍛件的形狀是通過一些基本變形工序將坯料逐步鍛成的。其基本工序有主要有鐓粗、拔長、沖孔、彎曲和切斷等。

    鐓粗:沿原坯料軸向進行鍛打,使其高度減低、橫截面增大。這種工序常用于鍛造齒輪坯和其他圓盤形類鍛件。鐓粗分為全部鐓粗和局部鍛粗兩種。

    拔長:拔長是使坯料的長度增加,截面減小的鍛造工序,通常用來生產軸類件毛坯,如車床主軸、連桿等。

    沖孔:用沖子在坯料上沖出通孔或不通孔的鍛造工序。

    彎曲:使坯料彎曲成一定角度或形狀的鍛造工序。

    扭轉:使坯料的一部分相對另一部分旋轉一定角度的鍛造工序。

    切割:分割坯料或切除料頭的鍛造工序。

    2.2模鍛

    模鍛全稱為模型鍛造,將加熱后的坯料放置在固定于模鍛設備上的鍛模內鍛造成形的。模鍛生產率高,操作簡單,容易實現機械化和自動化。模鍛件尺寸精度高,機械加工余量小,鍛件的纖維組織分布更為合理,可進一步提高零件的使用壽命。常用模鍛設備有模鍛錘、熱模鍛壓力機、平鍛機和摩擦壓力機等。

    模鍛的基本工序主要有下料、加熱、預鍛、終鍛、沖連皮、切邊、調質、噴丸。常用工藝有鐓粗、拔長、折彎、沖孔、成型。

    3.鍛造工藝性分析

    3.1常規鍛造工藝設計

    根據該產品特性,其最大截面在頭部,所以分模線位置選取在頭部厚度尺寸38mm的中心位置是比較合理的。由于頸部壁薄,內孔大且深,成形難度較大,所以頸部放在上模。上模型腔窄且深,成形較困難。為保證鍛件飽滿成形及順利出模,應盡量減小上模凸臺高度尺寸,所以內孔設計為盲孔;法蘭頭部設計在下模,為了放料穩定,下模內孔凸臺也盡量設計低一點,不要超過分模線;為能順利脫模,上模內外拔模斜度都稍大一些,內斜度為10°,外斜度為5°。鍛造工藝流程:下料→加熱(天然氣加熱爐)→鐓粗(10kN空氣錘)→成形(25MN摩擦壓力機)→切邊(3150kN切邊壓力機)。

    按照常規設計,鍛件凈重約43kg,由于沒有沖孔,中間連皮很厚,同時由于拔模斜度較大,鍛件不但要消耗很大一部分材料,且給后續機加工帶來很大困難,這樣就大幅增加了產品制造成本。

    3.2復合擠壓工藝設計

    為減輕鍛件重量,結合具體設備條件,經分析,決定采用復合擠壓工藝對鍛件進行改進。經改進的鍛件屬于高轂深孔復雜鍛件。頭部厚度與最大尺寸比為0.13(<0.2);頸部為薄壁圓筒形,因此該鍛件為復雜件,復雜系數S4,鍛造難度較大。該產品難度主要是頸部成形,分模線選取在法蘭頭部尺寸38mm的中心位置,頸部放在下模,法蘭上半部分在上模;為保證頸部成形飽滿,下模內孔凸臺取40mm;如果此尺寸太小,上沖頭凸出部分相應就要高一些,反擠深度就會加大,這樣會加大成形難度,經綜合考慮,上模沖頭凸出部分高度設計為113mm。為了既保證鍛件能從下模順利脫模,又能保證鍛造時鍛件和下模之間有一定的摩擦力,阻止沖頭拔出時,鍛件不會和沖頭一起被拔出來,保證鍛件不會粘在沖頭上,頸部外斜度取2°,內斜度取5°。內孔設計時,為了減小由于毛坯上表面不平帶來的側滑力,底部設計一100mm圓臺;另外,為了保證鍛造時沖頭底部金屬向上流動通暢,避免造成內孔折疊缺陷,在100mm向外設計成30°向上斜角,同時內孔底部圓角加大。該鍛件下料采用150mm材料。下料重量為35kg,毛坯尺寸為210mm×125mm。鍛造工藝流程:下料→加熱(天然氣加熱爐)→鐓粗(1t空氣錘)→成形(25MN摩擦壓力機)→沖孔(3150kN切邊壓力機)→切邊(3150kN切邊壓力機)。

    4.模具設計

    鍛模結構設計,模架為矩形組合式,采用導柱導向。鍛模采用圓形鑲塊結構,采用斜楔緊固。由于鍛件在下模部分深度較深,出模較困難,因此采用下頂料。上模沖頭由于鍛打時受力狀況較惡劣,磨損很嚴重,需經常修理,因此采用組合式結構,當沖頭磨損嚴重時,可快速更換,這樣既節省換模時間,實現快速換模,提高生產效率,又可大幅延長模具壽命,降低模具費用。

    5.鍛造過程注意事項

    鍛造過程中,應注意:

    (1)在坯料鐓粗過程中,應盡量使上、下兩端面平整,否則,擠壓過程中,與端面接觸的表面會使沖頭產生側向力,從而使沖頭受力狀況更加惡劣。

    (2)擠壓前,一定要把氧化皮清理干凈,否則,由于下面型腔很深且局部很窄,氧化皮會聚集在下面根部很難清理出來,同時由于氧化皮聚集在底部,會造成高度方向加工余量不足而產生廢品。

    (3)擠壓時,先要在坯料上平面心部撒一些木屑,木屑燃燒時會在坯料和沖頭間產生氣體,幫助沖頭和鍛件順利脫離,否則鍛件會因向上流動的金屬溫度降低而緊緊抱住沖頭,結果造成沖頭迅速升溫而報廢。

    6.結語

    安裝法蘭鍛件采用復合擠壓成形,和常規模鍛設計相比,單件節省材料27.9%達12kg,批量生產可節約大量鋼材;同時由于鍛件加工余量小,機加工工時大幅降低,生產效率大幅提高,產品成本綜合成本降低30%以上,取得了較大經濟效益。

    參考文獻

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