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6105QA連桿錘鍛模具設計

  • 2008-9-10 15:06:21
  • 來源:機電商情網
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作 者:
關 鍵 詞:鍛錘,模具設計
文獻摘要:鍛錘的突出優點在于打擊速度快,因而模具接觸時間短,特別適合要求高速變形來充填模具的場合。例如帶有薄筋板、形狀復雜的而且有重量公差要求的鍛件。由于其快速、靈活的操作特性,其適應性非常強,有人稱之為“萬能”設備。因而特別適合多品種、小批量的生產。鍛錘是性價比較優的成形設備。
   “鍛造”是金屬加工的主要方法和手段之一,鍛錘是多種鍛壓機器的先驅。盡管各種鍛造成形新工藝、新設備的不斷涌現,但鍛錘由于結構簡單、操作方便、成形速度快、適應性強、投資少等優點,至今仍然起著非常重要的作用。特別是程控全液壓鍛錘的出現,使鍛錘在現代鍛造工業技術發展中又一次得到了復興。

  鍛錘的突出優點在于打擊速度快,因而模具接觸時間短,特別適合要求高速變形來充填模具的場合。例如帶有薄筋板、形狀復雜的而且有重量公差要求的鍛件。由于其快速、靈活的操作特性,其適應性非常強,有人稱之為“萬能”設備。因而特別適合多品種、小批量的生產。鍛錘是性價比較優的成形設備。

    1 鍛模的設計

    1.1零件分析

    連桿是汽車發動機中的零件,主要用來連接活塞和曲軸。其功能是將活塞承受的燃油爆發力傳遞給曲軸,使活塞的往復運動轉變為曲軸的旋轉運動。汽車發動機轉速很高,連桿在高速運動中將承受很大的交變應力。

    1.2 確定分模位置

     分模面一般應該設置在鍛件的最大輪廓處,在本設計中如圖1所示A-A截面為最大截面,所以A-A截面為分模面。

    1.3 確定加工余量和公差

    根據鍛件圖的具體數據,進行以下計算:

    估算鍛件質量:桿長L=210-40-60=110mm;桿部的截面積為=32x24=768mm2

    所以連桿桿部的體積約為:V=110x768=84480mm3大頭體積:R內=37.5mm;R外=120/2=60mm;又因為連桿大頭只有一半為此次鍛造所需要有效部分,所以大頭體積為:V大頭=1/2xπh(R2外-R2內)=1/2x3.14x40(602-37.52)=137767.5mm3

    小頭體積:R外=29.6mm;R=21.5mm

    所以小頭體積為:V小頭=πh(R外2- R內2)=3.14 x 40(29.5 2-21.5 2) =51244mm 3;

    所以該連桿的體積為:V=V桿+ V大頭+ V小頭=84480+137767.5+51244≈273491.5 mm 3;

    M=ρv=7.85x273491.51x10-3=2146.9g;所以鍛件質量約為2.15Kg。

    鍛件的復雜系數:S=V/ V外包=273491.5 /1352000=0.20 ;得該鍛件級別為Ⅲ級S3,形狀復雜系數為較復雜[1]。

    鍛件材質系數的確定

    由鍛件圖要求知道,該零件材料為高碳非調質鋼,由相關質料知該零件材質系數為M 2。

    公差與余量

    確定模鍛件在長度、寬度、高度方向上的加工余量尺寸和公差[2]:

    高度公差: 

    高度及水平尺寸的單邊余量約為1.7~2.2mm。取2mm

    1.4 確定鍛錘噸位

    因為該柴油機連桿件為大批量生產,要求有較高的生產效率,為降低成本,所以系數取較大系數6.3.

    得k取值為1.0[1]。F=13000+760 x 23=30400 mm 2

    現有雙作用模鍛錘噸位確定的經驗公式:G=(3.5~6.3)kF =6.31.0 x 30400=1920kg,選取2噸錘。

    1.5 設計終鍛型槽

    終鍛型槽是按熱鍛件圖加工和檢驗的,收縮率為1%。根據類似連桿生產經驗總結,考慮到鍛模使用后承擊面下陷,型槽深度減小及精壓時變形不均,橫向尺寸增大等因素,需修改幾處尺寸:

   (1)輻板處增厚0.5mm,如圖2所示。

   (2)連桿小頭高度42.3mm處,其理論高度為:42.3 x(1+1%)=42.7mm;實際取43.5mm。大頭左上端與右下端做成斜面,將高度尺寸42.5mm上下各增0.7mm。`

   (3)中間桿厚度: 25.5 x (1+1%)=25.8mm

   (4)兩頭圓中心線長: 210 x(1+1%)=212mm;但考慮到該零件需用圓心做中心定位,所以熱鍛件兩圓心距不變仍取212mm。

   (5)大頭半圓邊距:126.4 x (1+1%)=127.7mm。

   (6)大頭內圓半徑:32 x(1+1%)=32.3mm;

    1.6 設計預鍛型槽

    由于鍛件復雜,須設置預鍛型槽,以便達到如下目的:

    1)確保金屬無缺陷的流動,易于充填型槽;2)減少材料流向毛邊的損失;3)減小終鍛型槽磨損;4)取得所希望的流線和便于控制鍛件的力學性能.

    大頭叉部的預鍛:

    因為大頭有叉,且叉間距離不大,所以必須在預鍛型槽中使用坯料臺,預鍛時依靠劈料臺把金屬擠向兩側,流入叉部型槽內。由于該鍛件叉部不是太窄,如圖3尺寸所示。

    1.7 繪制計算毛坯圖

    由原計算數據所得的截面圖顯然不夠圓滑,所以應對其進行修正,其修正后的圖如連桿的剖面圖和計算毛坯圖中的雙點劃線部分。因修正后面積變化不大,所以修正后最大截面積可以依然取原來的最大截面積3066mm ,最大截面周長也取原來值62.6mm。

    1.8 制坯工步的選擇

    由文獻[1]查表4-59,得制坯工步為拔長-開式滾壓,綜合兩個簡單毛坯制坯工步,最后確定連桿制坯形式為開式拔長-開式滾壓。

    1.9 確定坯料尺寸

    模鍛用原材料的體積應包括鍛件本體、毛邊、連皮、夾鉗料頭和加熱引起的氧化皮之總和。原材料的橫截面尺寸及長度是以計算毛坯為基礎,再根據熱鍛件特點及所選訂的制坯工步、模鍛方法確定。

    確定坯料計算公式。則

    L頭=L計-L計1-L桿2=289-83.5-100=105.5mm;V頭=V計-V計1-V桿2=375040-10448-72000=198551mm2;A拔=V頭/L頭=198551/105.5=1882 mm2;

    A滾=1.2A均=1.2*1298=1557.6 mm2

    A坯=A拔-K (A拔-A滾)=1882-0.033(1882-1557.6)=1871 mm2

   則選方鋼邊長a1= = =43.6mm,選a=45mm的方鋼。

    燒損率δ=3%;坯料體積為:V =V (1+δ)=367655.5*(1+3%)=378685.2mm3;坯料長度:L =V /a2=190mm;

    根據坯料的質量和長度,該連桿鍛件適用于采用調頭模鍛,一料一件,考慮到實際情況,下料為方鋼45mmx400mm。

    1.10 鍛模結構設計

   根據前面計算可知,模鍛該連桿的設備為2噸模鍛錘機組,考慮到實際應用中加熱爐一般在錘的右方,現假設實際加工中加熱爐在錘的右方,故拔長型槽布置在右邊,滾擠型槽布置在鍛模鍛模左邊,預鍛工步從左至右。

    1.11 連桿模鍛工藝流程的最終確定

    1)下料:剪切機冷切;2)加熱:1220~1240℃;3)模鍛:2t模鍛錘,拔長、開式滾擠、預鍛、終鍛;4)熱切邊:1600kN切變壓力機;5)打磨毛刺:砂輪機;6)熱處理:① 油冷淬火 ② 淬火后應及時回火③ 錘用鍛模燕尾的硬度,要求比型面低HRC4~6單位。7)酸洗:酸洗槽;8)冷校正:1t夾板錘;9)冷精壓:1000KN精壓機;10)探傷;11)測硬;12)檢驗。

    2 鍛模材料的選擇

    按錘鍛模用材料應滿足的基本要求,另外考慮到該連桿鍛件為批量生產,生產數量較大,最后選用5CrMnSiMoV做為該模具用鋼,該鋼種鍛模硬度數據為如下:

    型槽:321~364HB; 表面:35~39HRC; 燕尾部分:286~321HB;30~35HRC

    3 結論

    該鍛模保證了連桿鍛件的外廓尺寸和精度要求,降低了生產成本,提高了生產效率,滿足了生產要求。

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