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      帶槽的環(huán)形鍛件工藝設(shè)計(jì)

      2014-07-27 06:19:30李書(shū)旭莊慶福軒少華劉亞旭
      創(chuàng)新科技 2014年22期
      關(guān)鍵詞:制坯環(huán)件內(nèi)孔

      李書(shū)旭 莊慶福 軒少華 孟 獻(xiàn) 劉亞旭

      (南陽(yáng)二機(jī)石油裝備(集團(tuán))有限公司,河南 南陽(yáng) 473000)

      帶槽的環(huán)形鍛件工藝設(shè)計(jì)

      李書(shū)旭 莊慶福 軒少華 孟 獻(xiàn) 劉亞旭

      (南陽(yáng)二機(jī)石油裝備(集團(tuán))有限公司,河南 南陽(yáng) 473000)

      分析了帶槽的環(huán)形鍛件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),通過(guò)輾環(huán)鍛件工藝設(shè)計(jì),生產(chǎn)質(zhì)量較好、節(jié)約材料的環(huán)形鍛件。

      環(huán)形鍛件;輾環(huán);徑向軋制;輾擴(kuò)比

      帶槽的環(huán)形鍛件是石油行業(yè)常用的鍛焊滑輪組件,鍛焊滑輪有三部分組成,輪緣、輪轂、輻板組焊而成。輪緣為鍛件,帶有繩槽,自由鍛加工余量大,生產(chǎn)效率低。本文通過(guò)工藝設(shè)計(jì)及模具設(shè)計(jì)生產(chǎn)出帶槽的環(huán)形鍛件。

      1 零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

      該零件質(zhì)量42KG,最大外圓915mm,高70 mm,內(nèi)孔785 mm屬于典型的薄壁環(huán)形鍛件。

      2 工藝分析

      輾環(huán)工藝是徑向軋制切向延伸的鍛造過(guò)程,是專(zhuān)門(mén)軋制環(huán)類(lèi)鍛件的一種特種成型方法。此類(lèi)鍛件外圓大,內(nèi)孔大,厚度?。ㄏ鄬?duì)外圓),帶繩槽,屬于典型異形環(huán)件。由于環(huán)件在厚度方向有一定斜度,適合采用立式徑向輾環(huán)。該產(chǎn)品采用立式輾環(huán)工藝流程為:下料-加熱-鐓粗-沖孔-加熱-輾環(huán)-加熱-輾槽。該工藝過(guò)程采用自由鍛設(shè)備制坯。在預(yù)制坯過(guò)程中環(huán)件帶有繩槽需要先輾成矩形截面圓環(huán),然后更換模具輾出繩槽,這樣制坯時(shí)間較長(zhǎng),有需要更換模具,此種工藝需要加熱3-4次。經(jīng)過(guò)分析鍛件高度,可以在設(shè)備上裝兩組模具,一組輾矩形截面圓環(huán),另一組輾繩槽成形,一次輾出繩槽。改進(jìn)后工藝流程為下料-加熱-鐓粗(750KG空氣錘)-沖孔-加熱-輾環(huán)(1200立式輾環(huán)機(jī))。這種輾環(huán)方法生產(chǎn)效率高,勞動(dòng)條件好,加熱成本低,質(zhì)量穩(wěn)定。通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用,這種生產(chǎn)方式是可行的。

      3 工藝編制

      根據(jù)此鍛件的材質(zhì)、壁厚、形狀復(fù)雜性、余量及公差做出鍛件圖,見(jiàn)圖1。

      圖1

      從鍛件圖可以看出,制坯是關(guān)鍵,制坯毛坯體積決定了體積的初始分配,輾環(huán)的變形程度和輾環(huán)過(guò)程中金屬的流動(dòng)規(guī)律,影響到產(chǎn)品合格率。預(yù)制毛坯的依據(jù)是鍛件圖和金屬流動(dòng)規(guī)律。根據(jù)體積不變定律和徑向軋制金屬流動(dòng)體積分配,確定預(yù)制坯的形狀尺寸及變形程度。

      3.1 高度確定。此類(lèi)環(huán)類(lèi)鍛件外形復(fù)雜,外形帶斜度,斷面帶凹槽。采用半封閉孔形徑向輾壓成形完全可以滿(mǎn)足產(chǎn)品精度及質(zhì)量要求。徑向軋制輾環(huán)采用小壓下量,連續(xù)成形,鍛件總高度基本不發(fā)生變化。又因?yàn)檐堉评K槽時(shí),繩槽在半封閉孔中被模具擠壓成形,高度增加,外圓擴(kuò)大,內(nèi)孔擴(kuò)大,因此制坯時(shí)毛坯高度取環(huán)件最低尺寸。

      3.2 內(nèi)孔直徑的確定。確定內(nèi)孔直徑之前先確定輾擴(kuò)比K,輾擴(kuò)比K是設(shè)計(jì)輾壓預(yù)制坯尺寸首先要確定的參數(shù)。由于輾壓變形的軸向?qū)捳沽勘戎芟蜓由炝啃〉枚?,所以在工藝?jì)算中往往忽略周向?qū)捳?。輾擴(kuò)比一般情況下取1.5~5.確定了輾擴(kuò)比之后就可以按K=dn/dm(dn鍛件內(nèi)孔,dm毛坯內(nèi)孔)和體積不變定律確定輾壓預(yù)制坯的內(nèi)外徑尺寸。根據(jù)分析,K分別取最小值1.5,最大值5,中間值3.25,如果K取1.5,則dm=516.7mm;如果K取3.25,則dm=238.5mm;如果取最大值5,則dm=155mm。

      3.3 選擇輾擴(kuò)比。輾擴(kuò)比的影響因素[1]有鍛件的截面形狀、制坯方式、鍛件質(zhì)量、生產(chǎn)率、輾環(huán)溫度、芯軸的剛度和疲勞溫度、制坯設(shè)備的能力等因素。經(jīng)過(guò)綜合分析,選取最大輾擴(kuò)比比較合適,便于制坯和沖孔。因?yàn)槭亲杂慑懼婆?,?nèi)徑取dm=160mm。

      3.4 外徑的確定。在確定預(yù)制坯毛坯的高度和內(nèi)孔后,按照鍛件變形前后體積不變定律,可以計(jì)算出預(yù)制毛坯的外徑,設(shè)計(jì)出預(yù)制毛坯的設(shè)計(jì)圖。

      4 輾環(huán)模具設(shè)計(jì)

      環(huán)件采用半封閉輾壓方式,且安裝兩套模具,主動(dòng)輪模具尺寸大,設(shè)計(jì)成整體式不方便維修更換,且磨損后不能再利用。這里把主動(dòng)輪模具設(shè)計(jì)成分體式,從動(dòng)輪模具設(shè)計(jì)成整體式。繩槽模具和環(huán)件成形模具。分體式模具大幅度降低了模具成本,方便了模具更換,有一定的通用性,提高了模具使用價(jià)值。輾壓完成時(shí),主動(dòng)輾壓輪與被動(dòng)輾壓輪不能接觸,所以型腔深度尺寸再加上收縮率后要減去5mm。鍛造過(guò)程要點(diǎn):由于鍛件毛坯尺寸較大,所以要對(duì)鍛件毛坯質(zhì)量嚴(yán)格控制。鍛件在加熱時(shí)要保證加熱均勻性,尤其是輾環(huán)時(shí),建議在允許的最高始鍛溫度下開(kāi)始輾環(huán),這樣有利于輾環(huán)成形。輾制間隙期,應(yīng)注意模具和設(shè)備的降溫冷卻,一般直接用水噴冷,或者鹽水噴冷,保持輾壓輪模具的強(qiáng)度。

      綜上所述,通過(guò)輾環(huán)鍛造,生產(chǎn)出了批量產(chǎn)品,質(zhì)量穩(wěn)定,生產(chǎn)效率大幅提高,輾環(huán)鍛件表面質(zhì)量較好,比原來(lái)節(jié)約了60%材料。毛坯成本大量降低,降了50%以上。通過(guò)批量生產(chǎn),我們逐漸減少繩槽加工余量,部分斜面不再加工,取得了很好地效果。在批量生產(chǎn)薄壁帶繩槽此類(lèi)鍛件時(shí)應(yīng)該注意以下幾點(diǎn):一是合理的工藝設(shè)計(jì)可以減少前期試驗(yàn)次數(shù),加快復(fù)雜環(huán)型鍛件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。二是預(yù)制毛坯的設(shè)計(jì)很關(guān)鍵。三是制坯模和輾壓繩槽模具,采用合理的分體式模具設(shè)計(jì),不僅減少加熱成本,更提高了生產(chǎn)效率。

      [1]中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)鍛壓學(xué)會(huì).鍛壓手冊(cè)第一卷:鍛造[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1993.

      TG4

      A

      1671-0037(2014)11-77-1

      李書(shū)旭(1985-),男,助理工程師,研究方向:鍛壓設(shè)備及工藝研發(fā)。

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