軸桿類零件臥式浮動鐓鍛模
2014-3-13 來源： 作者：青島理工大學 田福祥
引言
軸桿類零件在各類機器設(shè)備和工具中占有很大的比重, 比較典型的有汽車球頭銷、自行車曲柄和中軸、套筒扳手、搖臂、杠桿等。軸桿類零件的塑性成形可在專用設(shè)備或通用壓力機上生產(chǎn)。用專用設(shè)備生產(chǎn)軸桿類零件效率高, 但是設(shè)備投資大, 藝范圍窄, 因此只有對批量極大和尺寸較大軸桿類零件, 才根據(jù)其形狀、尺寸和成形特點, 分別在楔橫軋機、徑向鍛造機和平鍛機等專用設(shè)備上生產(chǎn)。對于一般批量的中小型軸類零件, 一般在通用壓力機上生產(chǎn), 以避免造成設(shè)備資源的浪費, 增加生產(chǎn)成本。
按鍛件成形方向, 軸桿類零件鐓鍛成形可分為立式鐓鍛和臥式(水平)鐓鍛。前者鐓鍛方向與一般(立式)壓力機滑塊運動方向相同;后者鐓鍛方向與壓力機滑塊運動方向垂直。
立式鐓鍛模的缺點是:受壓力機裝模高度限制, 不適用于長徑比大的軸桿類零件成形, 只適用長徑比較小的零件, 難以采用軸向?qū)Ψ职寄＝Y(jié)構(gòu), 因此鍛件有飛邊。其優(yōu)點是模具結(jié)構(gòu)簡單。
臥式鐓鍛一般不受壓力機裝模高度限制, 適用于長徑比大的軸桿類零件成形;采用軸向?qū)Ψ职寄＝Y(jié)構(gòu), 鍛件無飛邊, 但模具結(jié)構(gòu)較復雜。現(xiàn)給出2種典型的臥式浮動鐓鍛模結(jié)構(gòu):四桿型臥式鐓鍛模和斜塊型臥式鐓鍛模。
2 四桿型臥式鐓鍛模
以鐓鍛套筒扳手長接桿為例, 介紹四桿型臥式鐓鍛模結(jié)構(gòu)和工作過程犤1犦。圖1是套筒扳手長接桿零件簡圖, 材料為45鋼, 毛坯為直徑 16mm 的圓鋼, 采用溫鍛工藝。鐓鍛長接桿的四桿型臥式鐓鍛模結(jié)構(gòu)如圖2所示, 裝模高度為390mm, 上下模座底面尺寸都是640mm×400mm, 在1000kN 開式通用沖床上使用。
下模座22和上模座16分別固定在沖床工作臺和滑塊上。在下模, 凸模座4和下模塊23通過銷軸21和撐桿20與下模座22相聯(lián), 構(gòu)成平行四連桿機構(gòu)。下模塊23與撐桿20和下模座22構(gòu)成另一個平行四連桿機構(gòu)。因此下模塊23與凸模座4作水平相對運動, 靠前后兩側(cè)的導軌24導向(見圖2的A -A剖面圖)。導軌24和下模塊23由螺釘固聯(lián), 凸模座4可沿導軌24滑動。彈簧18使凸模座4與下模塊23保持穩(wěn)定的分開狀態(tài)。
上模的結(jié)構(gòu)與下模相似, 只是導軌2與上模塊12固聯(lián), 而滑枕3可沿導軌2滑動。模芯7、8、10均為軸向?qū)Ψ纸Y(jié)構(gòu), 上下模各一半。模芯7的型腔對凸模6有導向作用;模芯10構(gòu)成工件變形的型腔;模芯8的上下兩半夾住工件桿部, 防止桿部在頂鐓力作用下失穩(wěn)彎曲。螺釘15承受工件右端的頂鐓力, 其軸向位置可調(diào)節(jié), 以適應(yīng)不同的坯料長度。凸模6用螺帽5裝在螺釘1上, 凸模6和螺帽5之間徑向有間隙, 使凸模6相對于螺釘1可徑向浮動, 其徑向位置由模芯7的導向槽決定。通過調(diào)節(jié)螺釘1的軸向位置, 可改變坯料變形部分的長度;調(diào)節(jié)沖床的閉合高度, 可以改變凸模的沖孔深度。
工作時將熱坯料放在下模芯上, 滑塊下行, 上下模閉合并夾住坯料。當滑塊繼續(xù)向下運動時, 迫使撐桿20在傾斜方向上傾斜, 從而推動凸模6插入模芯, 完成頂鐓和沖孔。在鐓鍛過程中, 凸模6右移,而模芯7、8和10隨下模塊左移。
壓力機滑塊上行時, 由于上、下模已被鉤子11勾住不能分開, 撐桿20的作用力與其鐓鍛時的作用力方向相反, 其水平分力將凸模從工件中拔出, 而其垂直分力則由鉤子11承受。當上模塊沿水平方向回到一定位置時, 導軌24將鉤子碰開, 從而使上、下模脫離, 回復原位。
3 斜塊型臥式鐓鍛模
以自行車中軸鐓擠成形為例, 介紹斜塊型臥式鐓鍛模結(jié)構(gòu)和工作過程。圖3b是自行車中軸鐓鍛件圖, 材料為45鋼, 采用冷鍛成形。根據(jù)毛坯體積等于鐓鍛零件體積的原則, 設(shè)計毛坯尺寸如圖3a所示。采用直徑為17mm 的熱軋圓鋼作為坯料, 經(jīng)過退火、表面清理、冷拔、按毛坯長度下料、無心磨粗磨外圓和中溫磷化處理等工序形成毛坯(圖3a)。鐓鍛成形的零件無需切削加工, 即可進行熱處理等工序。
鐓擠自行車中軸的斜塊型臥式鐓鍛模結(jié)構(gòu)如圖4所示, 用在工作臺下有氣墊的壓力機上, 以滿足動模座23上浮的要求, 所需的鐓鍛成形力為2100kN。采用J36_250型閉式雙點壓力機。該壓力機公稱壓力為2500kN, 最大裝模高度為590mm, 有液壓氣墊, 氣墊壓力為65kN, 完全滿足中軸鐓鍛要求。
該鍛模是根據(jù)斜塊運動原理設(shè)計的, 對于許多軸類零件可實現(xiàn)一次冷鐓鍛成形。下模部分, 墻板4與下模板1固連(采用焊接方法或螺釘連接方法)。通過1對墻板4和4個螺栓將2個斜面塊19定在下模板1的兩端, 使下模構(gòu)成一長方窩座。動模座15在窩座內(nèi)能上、下滑動。動模座正中固定下半圓套26和下凹模24, 動模座兩邊為通孔, 孔內(nèi)裝有導套16, 導套內(nèi)裝有活動圓柱23, 圓柱一端裝有與斜面塊19接觸的斜頂塊18, 另一端內(nèi)裝有凹模鑲塊6、7和凹模芯8, 圓柱23上還裝有軸3, 軸的兩端(前、后) 裝有滾輪30與裝在墻板上的滑條29接觸。上模部分, 半圓套14及上凹模11通過上凹模座10固定在上模板5上(參見圖4的C —C 旋轉(zhuǎn)剖視)。
工作時, 動模座15在推桿25的作用下被頂起,兩活動圓柱23在滑條29作用下左右張開, 此時毛坯放在下凹模24上。上模下行, 上凹模11與下凹模24對合套住毛坯, 上半圓套14與下半圓套26對合構(gòu)成一圓套, 與此同時, 上模板5的兩邊壓住裝在動模座15上的壓板17(面上刻以花紋)。隨著上模的下行, 動模座15也下行, 兩活動圓柱23在斜面塊19的作用下, 在上、下半圓套14、26所構(gòu)成的圓套導向下向中心移動, 毛坯兩端被插進凹模芯8內(nèi), 當凹模鑲塊6頂住毛坯, 毛坯便開始鐓壓, 直至行程終結(jié), 鐓成所需的中軸。
當壓力機滑塊上移時, 帶動上模板5和上凹模座10脫離動模座15。壓力機氣墊通過推桿25推動動模座15上移, 兩個活動圓柱23作相背離的移動,擠壓件退出凹模芯8, 完成一個工作循環(huán)。
中軸每一端所被鐓至的尺寸, 可以通過調(diào)節(jié)圖4中A -A 剖視圖兩端的4個螺釘進行調(diào)節(jié), 移動斜楔塊20, 使斜面塊19升高或下降, 從而增加或減少圓柱的鐓壓量。
彈簧止退銷13的作用是防止上模上行時將鐓壓好的工件帶上, 避免誤壓雙件導致模具損壞。
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