長桿零件熱頂鐓模的設計與改進

文/蔣曉梅，龐利軍，趙先鋒，王志燊·內蒙古北方重工業集團有限公司

長桿零件熱頂鐓模的設計與改進

文/蔣曉梅，龐利軍，趙先鋒，王志燊·內蒙古北方重工業集團有限公司

蔣曉梅，內蒙古北方重工業集團公司360工程產業化保障部綜合管理科科長，先后從事沖壓、熱處理技術及設備管理與質里管理工作。參與建設“360工程”項目，主要負責兩臺主機及輔機機械設備的安裝調試與設計完善改進工作。擁有1項專利。

圖 1為高速公路圍欄防護設施工程中所需的六角頭高強螺栓。材料為35鋼，零件桿長是170.5mm，直徑是16mm。該類零件一般采用摩擦壓力機或其他專用設備熱頂鐓生產。由于我公司現有摩擦壓力機噸位僅為60t、160t和250t，這幾種摩擦壓力機滑塊行程不能滿足送料和出件所需的距離。為解決此問題，設計一套能夠滿足零件桿長為50～200mm的頂件裝置。經過在250t摩擦壓力機上試壓后，效果理想，能自動頂出零件，提高了工效，減輕了工人的勞動強度，同時保證了產品質里，實現了在壓力機上熱頂鐓長桿零件的需求。此外，針對熱鐓時凹模易裂問題，在普通熱鐓模基礎上，對其結構進行了設計改進。

圖1 六角頭高強螺栓

工藝分析

零件特點

該零件的桿長與直徑比為10.6。在一般壓力機上熱鐓，要求在滑塊行程短的情況下解決送料和出件問題，這無疑是個難題。該零件的螺紋部分為滾壓成形，要求保證鐓出的零件長度。另外，毛坯的下料長度一定要準確，如果毛坯料不足，材料充不滿模膛，在零件頭部形成缺陷，不僅影響零件美觀，也有可能造成零件報廢。如果毛坯料太長，會形成飛邊，這樣還須設計一套切邊模，增加了模具制造費用，造成不必要的經濟損失。

毛坯下料計算

經計算，毛坯下料長度l=202mm，因為是熱頂鐓成形，考慮到熱收縮里。一般取毛坯長度的0.7%，l毛坯=203.4mm。鍛造工藝流程為：下料→加熱頂鐓→退火→滾光→滾絲→熱處理。加熱溫度為850～950℃。

模具結構與工作原理

高強螺栓普通熱頂鐓模結構

高強螺栓普通熱頂鐓模結構如圖2所示。

改進后熱頂鐓模結構

改進后熱頂鐓模結構如圖3所示。上模由帶模柄的上模板、上墊板、上模鑲塊和導向套組成，并通過螺釘和銷釘固連在一起。上模鑲塊依靠導向套定位。下模包括：模膛、墊塊、固定圈、冷卻外套、下墊板、下模板以及頂件器和水嘴等。模膛由墊塊和固定圈定位，并通過螺栓固定在下模板上。冷卻外套上設有密封裝置，冷卻水自水嘴1進入，冷卻模膛后從水嘴2流出，制件最終由頂件器頂出。

工作原理

上模固定在滑塊上，調節好頂件器，開啟模具，毛坯加熱后放入下模膛。當滑塊向下運動時，上模導向套自動找正，滑塊繼續下行至模具閉合，毛坯充滿模膛形成六角頭。滑塊向上回程，帶動拉桿拉起頂件器，使鍛件退出，然后再進行下一次加工。

圖2 高強螺栓普通熱頂鐓模結構

圖3 改進后熱頂鐓模結構

模具結構設計

上模和模膛設計

模具工作部位采用材料為3Cr2W8V，為了節約模具費用，采用鑲塊結構，更換維修也方便。

頂料裝置設計

圖4 頂料裝置

為解決送料和出件問題，設計如圖4所示的頂料裝置。頂料裝置直接固定在設備上，回程時滑塊帶動拉桿，頂件器頂出零件。盡管采用頂料裝置，上、下模開啟高度必須保證毛坯能夠放入模膛，否則需另選設備。

冷卻外套設計

在生產過程中模膛溫度逐漸升高熱脹，容易導致零件脫模困難，造成零件桿部彎曲，同時也會影響到模具的使用壽命。并且在模具生產幾十件后，就需停下來冷卻，工人勞動強度大，工作效率也低。因此在模具上采取冷卻措施，設計了循環水冷卻外套。在工作臺附近放置一個水箱，利用循環水來冷卻模具，這樣就可以保持模膛恒溫。冷卻外套結構如圖5所示。

圖5 冷卻外套結構

結束語

⑴頂料裝置的設計實現了在一般行程壓力機上熱頂鐓長桿類零件的需求。實現了自動出件，使零件全部頂出模膛。避免了手工取零件的繁重體力勞動，保證了安全生產。

⑵由于毛坯計算準確，不需要切邊模，節省了一套模具，提高了經濟效益。

⑶模具結構簡單，工作部位采用鑲塊結構，易損件容易更換，維修方便。從而縮短了模具制造周期，節約模具材料，降低了制造成本。冷卻外套的設計解決了凹模易裂問題，延長了模具壽命。

⑷模具通用性強。通過更換模膛就可以實現其他形狀的螺栓的鍛造生產。頂料裝置能適用于其他壓力機加工長桿類零件的需要，模具操作靈活，質里穩定。