曲臂鍛模設(shè)計

劉桂榮

(包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 材料工程系，內(nèi)蒙古 包頭 014035)

1 曲臂冷鍛件圖的繪制

曲臂是多種液壓部件的重要零件[1]，毛坯必須用鍛造的方法制備。曲臂的零件圖如圖1所示,是典型的彎曲類鍛件，質(zhì)量為0.55 kg，材料為20Cr合金鋼，加熱后具有較好的流動性。

2 曲臂工藝方案的制定

該鍛件為彎曲類鍛件，故需將鍛件展開。從鍛件圖上寬度內(nèi)側(cè)1/3處作為中性線，使之展開，根據(jù)展開長度繪制計算毛坯截面圖及直徑圖，計算數(shù)據(jù)如表1所示。其中，F(xiàn)鍛為鍛件截面積；F槽為飛邊槽截面積；F飛為飛邊截面積；d計為計算毛坯直徑；dmin為計算毛坯最小直徑；dmax為計算毛坯最大直徑；δ為飛邊充滿系數(shù)。曲臂展開圖如圖3所示。

圖1 曲臂零件圖(單位：mm)

圖2 曲臂鍛件圖(單位：mm)

圖3 曲臂展開圖(單位：mm)

用CAD軟件測量圖3曲臂展開圖得到：V計=V坯=100 000 mm3，V計為計算毛坯體積，V坯為坯料體積。

V坯=V鍛+V飛

(1)

式中：V鍛——鍛件體積，76 469 mm3；

V飛——飛邊體積，34 171 mm3。

經(jīng)計算，V坯=110 640 mm3。

將測量結(jié)果和計算結(jié)果綜合考慮，取V計=105 000 mm3。

L計=L鍛(1+0.015)

(2)

式中：L計為計算毛坯長度；L鍛為鍛件長度，125.5 mm。

經(jīng)計算，L計=127.0 mm。

計算毛坯的平均截面積F平=V計/L計=827 mm2。

計算毛坯的平均直徑d平=32.5 mm，計算毛坯的最大直徑d計max=45.2 mm。

金屬流入頭部系數(shù)α=d計max/d平=1.39。

金屬軸向流動系數(shù)β=L計/d平=3.9。

鍛件質(zhì)量G鍛=0.6 kg。

最后根據(jù)制坯繁重系數(shù)α,β,鍛件質(zhì)量查閱長軸類鍛件制坯工步選用圖[5]，確定完成該鍛件需要閉式滾擠→彎曲→預(yù)鍛→終鍛4個工步。考慮到鍛件坯料的有效利用，采用一坯兩件調(diào)頭鍛造，這樣可以節(jié)省鉗夾頭材料。最后鍛造的工藝方案采用閉式滾擠→彎曲→預(yù)鍛→終鍛→切斷5個工步完成鍛件的生產(chǎn)。

表1 毛坯截面圖及直徑圖計算數(shù)據(jù)

3 曲臂鍛造模具設(shè)計

3.1 曲臂鍛模的結(jié)構(gòu)設(shè)計

模具結(jié)構(gòu)如圖4所示。曲臂鍛模包括上模2和下模1，在上模和下模均設(shè)有燕尾5，用于將模具連接到設(shè)備上，在上、下模加工有起重孔6，目的是在安裝模具過程中方便起吊。在上模和下模上對應(yīng)的排列有：滾擠型槽13、彎曲型槽11、預(yù)鍛型槽12、終鍛型槽9；在上模和下模的一個角部設(shè)有切斷型槽8；滾擠型槽13上模和下模的模腔結(jié)構(gòu)相同，切斷型槽8上模和下模的模腔結(jié)構(gòu)相同，終鍛型槽上模和下模的模腔結(jié)構(gòu)相同，均由終鍛型槽9、飛邊10構(gòu)成，飛邊環(huán)繞在成型型腔的周圍，用來容納多余的金屬。在預(yù)鍛型槽和成型型槽的前部對應(yīng)設(shè)置有鉗口4和鉗口7，終鍛型槽的鉗口4與飛邊倉連接，鉗口4和鉗口7是夾持空間，為了鍛造時取送鍛件，在上模和下模的合模處加工有檢驗角3，作為加工型腔的畫線基準。

1-下模； 2-上模； 3-檢驗角； 4-鉗口； 5-燕尾； 6-起重孔； 7-鉗口； 8-切斷型槽； 9-終鍛型槽； 10-飛邊； 11-彎曲型槽； 12-預(yù)鍛型槽； 13-滾擠型槽 A-A刻視、B-B刻視、C-C刻視、D-D刻視、F-F刻視、A-A剖視、B-B剖視、C-C剖視、D-D剖視、F-F剖視圖4 模具結(jié)構(gòu)

3.2 終鍛型槽設(shè)計

終鍛型槽依據(jù)熱鍛件進行加工，熱鍛件在冷鍛件的基礎(chǔ)上加上3%的收縮量。熱鍛件如圖5所示。

圖5 熱鍛件(單位：mm)

3.3 飛邊槽設(shè)計

飛邊由飛邊橋14和飛邊倉15構(gòu)成，飛邊環(huán)繞在曲臂終鍛型槽的外部，具體尺寸如圖6所示(圖4 F-F剖視)。

14-飛邊橋 15-飛邊倉圖6 飛邊(單位：mm)

3.4 預(yù)鍛型槽的設(shè)計

預(yù)鍛型槽結(jié)構(gòu)形式與終鍛型槽一樣，無飛邊槽，高度大于終鍛型槽，拔模斜度為10°，圓角半徑大于終鍛型槽，預(yù)鍛型槽如圖7所示(圖4 B-B剖視)。

圖7 預(yù)鍛型槽(單位：mm)

3.5 滾壓型槽設(shè)計

根據(jù)展開長度繪制、計算毛坯截面圖及直徑圖，型槽長度L=1 mm+127 mm，中心距L=1.015×90 mm=91.500 mm，型槽高度h簡化為光滑曲線，型槽的尾部尺寸查表[6]確定。最后繪制的滾壓型槽如圖8所示(圖4 A-A剖視)。

圖8 滾壓型槽(單位：mm)

3.6 彎曲型槽設(shè)計

彎曲型槽由型槽本體和鉗口組成，鉗口尺寸與滾擠型槽鉗口尺寸相同，為了簡化模具制造 ，決定使上模突出部位不進入下模。故將整個型槽由分模面位置上移4 mm。為了使彎曲后的毛坯翻轉(zhuǎn)90°，放入預(yù)鍛型槽而成為鐓粗成型，彎曲模槽的高度輪廓尺寸應(yīng)比鍛件平面圖上相應(yīng)尺寸減少2～3 mm。最后彎曲型槽如圖9所示(圖4 C-C剖視)。

圖9 彎曲型槽(單位：mm)

3.7 切斷型槽設(shè)計

曲臂采用后切刀，由“前后切刀尺寸表”[6]查得：B=50 mm，h=40 mm。設(shè)計的切斷型槽如圖10所示(圖4 D -D剖視)。

圖10 切斷型槽(單位：mm)

3.8 鍛模材料及加工要求

鍛模選用的材料為5CrMnMo，熱處理硬度45～50 HRC，加工精度取IT9級。

4 結(jié)論

1) 采用模鍛工藝生產(chǎn)曲臂，曲臂的鍛造精度高，鍛件生產(chǎn)效率高，每小時可以生產(chǎn)120個鍛件。

2) 此模具增加了切斷型槽，采用一個坯料生產(chǎn)兩個零件，每個零件節(jié)省一個鉗夾頭，這樣每個零件就可以節(jié)省20%的原材料，使鍛件的成本降低了15個百分點。

3) 此模具沒有設(shè)計單獨的定位機構(gòu)，上、下模利用彎曲型槽定位，減小了模具的尺寸，模具質(zhì)量是有定位機構(gòu)的80%，降低了模具的成本。