齒環(huán)類鍛件自動(dòng)化鍛造生產(chǎn)工藝開(kāi)發(fā)

本文以武漢新威奇科技有限公司為客戶實(shí)際設(shè)計(jì)的鍛造自動(dòng)化生產(chǎn)線為案例，針對(duì)中、小型環(huán)類鍛件的自動(dòng)化鍛造工藝開(kāi)發(fā)流程進(jìn)行介紹，分析了中、小型環(huán)類鍛件精密模鍛的鍛造工藝，以及適用于自動(dòng)化生產(chǎn)的設(shè)備選型及模具設(shè)計(jì)，并驗(yàn)證了此種工藝的可行性，最終鍛造自動(dòng)線獲得客戶認(rèn)可。

鍛件工藝分析及工藝路徑的制定

齒環(huán)(中間軸)類鍛件屬于工程機(jī)械類鍛件，鍛件材質(zhì)20CrMnTi，鍛件外圓直徑408mm，內(nèi)孔直徑250mm，鍛件高50mm，鍛件重量24.2kg。鍛件示意圖如圖1 所示。鍛件復(fù)雜系數(shù)CV=0.47，CA=45.7，CA 值較大，模鍛時(shí)需轉(zhuǎn)移的金屬量較大，成形時(shí)所需要的力和能量都較大，成形具有一定難度。

社區(qū)配合社會(huì)組織開(kāi)展老年人評(píng)估，為老年人建立電子檔案，做到“底數(shù)清、情況明”，為服務(wù)的開(kāi)展提供了良好的信息保證，加強(qiáng)居家養(yǎng)老服務(wù)內(nèi)容的多樣性和精準(zhǔn)性，從而向老人提供更全面、更有針對(duì)性的養(yǎng)老服務(wù)。南京市六合區(qū)對(duì)年滿60周歲以上困難老人進(jìn)行摸底調(diào)查，同時(shí)，對(duì)符合條件的獨(dú)居、空巢及高齡老年人提供一定的尊老金補(bǔ)貼待遇。

目前一些廠家的常規(guī)鍛造工藝路線為：下料→加熱→鐓粗→成形→沖孔，沖孔后的連皮質(zhì)量約7.5kg，材料利用率僅75%。為適應(yīng)節(jié)能減排需求，選用輾環(huán)制坯后鍛造工藝，詳細(xì)的工藝路線為：下料→加熱→鐓粗→擠孔→沖孔→輾環(huán)→鍛造成形，工步圖如圖2 所示，此方案連皮質(zhì)量約2kg，材料利用率可達(dá)到90%，且大大減小了鍛造成形時(shí)鍛件的投影面積，從而減小鍛件的終鍛成形力。

齒環(huán)類鍛件自動(dòng)化鍛造工藝的設(shè)計(jì)流程

采用逆向設(shè)計(jì)的方式，根據(jù)客戶提供的機(jī)加工零件圖，來(lái)設(shè)計(jì)鍛件圖，從而設(shè)計(jì)出制坯圖，并且可根據(jù)設(shè)計(jì)的圖紙及要求來(lái)對(duì)設(shè)備進(jìn)行選型，然后可根據(jù)設(shè)備的類型來(lái)設(shè)計(jì)出相應(yīng)的模架和模具，采用逆向的設(shè)計(jì)方式來(lái)一步步的制定齒環(huán)類鍛件自動(dòng)化的鍛造工藝過(guò)程，設(shè)計(jì)流程圖如圖3 所示。

聲明解釋為，“EN+、俄鋁和GAZ正在規(guī)劃企業(yè)管理調(diào)整，調(diào)整規(guī)劃可能給管控這些被制裁企業(yè)造成重大影響。”

自動(dòng)化鍛造工藝方案

綜上所述：根據(jù)成形力與能量要求選擇在J58K-4000 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)上進(jìn)行鍛造成形(電動(dòng)螺旋壓力機(jī)打擊力可長(zhǎng)期超載1.6 倍)。終鍛毛坯選擇外徑定位方式。

對(duì)于集裝箱運(yùn)輸需求量少的地區(qū)，不宜以高密度航線、大箱位船舶來(lái)運(yùn)營(yíng)，在時(shí)間允許范圍內(nèi)，可實(shí)行單航線多支線港駁運(yùn)方式.

終鍛工藝的制定及設(shè)備的選取

模擬參數(shù)選取，模具溫度250℃，坯料溫度950℃，外界環(huán)境溫度25℃，坯料和環(huán)境的對(duì)流熱交換系數(shù)0.02N/(sec·mm·C)，熱交換面為環(huán)境與坯料的外表面，坯料和模具的熱傳導(dǎo)系數(shù)0.2N/(sec·mm·C)，建模示意圖如圖4 和圖5 所示。

根據(jù)終鍛毛坯定位需求，有內(nèi)徑定位及外徑定位兩種方式，對(duì)兩種方式進(jìn)行有限元模擬分析，選取合適的終鍛毛坯定位方式以及鍛造設(shè)備。

根據(jù)中頻爐選型規(guī)則，可以按產(chǎn)品重量和產(chǎn)能選擇合適功率中頻爐。重量較大的棒料一般采用下料鋸床與中頻爐直接連線的方式，保證中頻爐供料的穩(wěn)定性，可根據(jù)棒料直徑及生產(chǎn)節(jié)拍選擇合適的中頻爐。最終工藝及設(shè)備選型見(jiàn)表1。

同樣根據(jù)沖孔后的制坯圖，可以設(shè)計(jì)出擠孔制坯圖，再根據(jù)質(zhì)量守恒可算出鐓粗高度，鐓粗尺寸得以確定。經(jīng)過(guò)DEFORM 模擬軟件的模擬分析，算出鐓粗力450t，擠孔力1800t，沖孔力400t，可以選擇一臺(tái)設(shè)備做三工位制坯，這樣既節(jié)省了成本也節(jié)省了場(chǎng)地的空間，綜合考慮液壓機(jī)的噸位及工作臺(tái)面的大小，所以選取2000t 液壓機(jī)做三工位制坯。

概而言之，傳統(tǒng)知識(shí)服務(wù)商力圖將學(xué)術(shù)圈形成循環(huán)，在科研人員做科研、寫(xiě)論文/專著、發(fā)論文/專著、出版論文/專著、論文影響力評(píng)價(jià)、獲取論文等全流程進(jìn)行介入和服務(wù)，對(duì)即將進(jìn)入學(xué)術(shù)圈的高校學(xué)生產(chǎn)品使用習(xí)慣等進(jìn)行培養(yǎng)，獲取用戶忠誠(chéng)度。

此鍛件的鍛造線較長(zhǎng)，鍛件較重，綜合考慮人員安全、生產(chǎn)節(jié)拍及產(chǎn)量的問(wèn)題，因此采用自動(dòng)化鍛造線來(lái)代替常規(guī)的人工操作鍛造線。為適應(yīng)自動(dòng)化鍛造的要求，各單元設(shè)備必須具備自動(dòng)化生產(chǎn)能力，傳統(tǒng)的空氣錘制坯及液壓機(jī)自由鍛制坯將無(wú)法滿足要求。因此將根據(jù)自動(dòng)化生產(chǎn)工藝要求采用逆向設(shè)計(jì)思路選擇設(shè)備型號(hào)、制定工藝參數(shù)。

KARCHER秉承全球化的戰(zhàn)略思維、精益求精的嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)、豐富的制造工藝及以市場(chǎng)為中心和客戶至上的運(yùn)作理念，使公司發(fā)展成當(dāng)今擁有一百個(gè)子公司、一萬(wàn)多名員工且年銷售額超過(guò)20億歐元的全球清潔業(yè)巨型跨國(guó)集團(tuán)。2003年，KARCHER上海分公司正式成立，公司將通過(guò)堅(jiān)持創(chuàng)新和不斷研發(fā)，源源不絕地為中國(guó)家庭用戶和企業(yè)用戶提供最尖端的清潔設(shè)備和清潔解決方案。

輾環(huán)擴(kuò)孔工藝制定及設(shè)備的選取

毛坯采用外徑定位后可設(shè)計(jì)出輾環(huán)后的制坯圖，根據(jù)輾環(huán)要求我們可以確定出輾環(huán)前的毛坯尺寸，即為沖孔后的制坯圖。輾環(huán)后的最大外圓尺寸小于408mm，因此選用D51K-500B 數(shù)控立式輾環(huán)機(jī)(最大外圓可輾到500mm)。

沖孔、擠孔和鐓粗工藝制定及設(shè)備的選取

外徑定位結(jié)果分析：靠外孔定位，金屬流動(dòng)良好，鍛件不會(huì)產(chǎn)生折疊，鍛造成形力6000t，成形能量520kJ。

加熱和下料工藝制定及設(shè)備的選取

內(nèi)徑定位結(jié)果分析：靠?jī)?nèi)孔定位，內(nèi)孔會(huì)出現(xiàn)縱向毛刺，最大外徑處的圓角不易充滿，鍛件底面存在產(chǎn)生折疊的風(fēng)險(xiǎn)，鍛造成形力5500t，成形能量600kJ。

模具模架的設(shè)計(jì)

2000t 液壓機(jī)三工位模架模具的設(shè)計(jì)

液壓機(jī)三工位制坯模架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖6 所示。

三工位模具難點(diǎn)在沖孔工位的卸料，沖孔的卸料結(jié)構(gòu)采用上卸料，這樣使鍛件留在下模統(tǒng)一的位置，便于機(jī)械手的夾持。卸料彈簧可選用常規(guī)的矩形彈簧或者氮?dú)鈴椈桑匦螐椈傻暮锰幨窍鄬?duì)來(lái)說(shuō)耐高溫，但提供的卸料力有限，所需的卸料行程較大。氮?dú)鈴椈煽商峁┹^大的卸料力(單根可選擇彈力6t到10t的，且初始彈力6t)。

4000t 終鍛模架模具的設(shè)計(jì)

終鍛模架模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖7 所示。

終鍛設(shè)備采用的是4000t 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)，此壓力機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是打擊能量可控，設(shè)備自帶液壓三點(diǎn)頂料系統(tǒng)，鍛件的頂料采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，設(shè)備自帶的三點(diǎn)頂料為十字形狀的頂料板，頂料結(jié)構(gòu)適應(yīng)性強(qiáng)，適用于不同直徑環(huán)件。

生產(chǎn)驗(yàn)證

圖8 為輾環(huán)前三工位制坯得到的環(huán)形件毛坯，圖9 為輾環(huán)擴(kuò)孔后得到的毛坯，圖10 為終鍛成形后得到的成品鍛件，鍛件成形良好，未出現(xiàn)折疊。量產(chǎn)后，鍛件后續(xù)機(jī)加工達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，圖11 為機(jī)加工后產(chǎn)品。

總結(jié)

本文針對(duì)環(huán)類件，詳細(xì)的講述了武漢新威奇科技為客戶設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)類鍛件自動(dòng)化鍛造過(guò)程的工藝開(kāi)發(fā)流程，即設(shè)計(jì)階段從產(chǎn)品圖紙開(kāi)始逆向工藝設(shè)計(jì)及設(shè)備選型，實(shí)際生產(chǎn)通過(guò)了對(duì)此方案的驗(yàn)證，總結(jié)出了一種鍛造環(huán)類件的自動(dòng)化鍛造工藝設(shè)計(jì)方法。對(duì)鍛造業(yè)同行以后此種類型鍛件的自動(dòng)化生產(chǎn)方案設(shè)計(jì)具有很大的參考價(jià)值。