5爪曲柄液态模锻工艺及模具设计.pdf

锻模技术 1 引言 5爪 曲柄 液态模锻 工艺及模具设计 张文胜 安徽 东风机电科技股份有限公司 O r 徽合肥2 3 1 2 0 2 摘要 通过对5 爪曲柄加工工艺进行 了分析 提出了采用液态模锻工艺生产该部件 介绍 了液态模锻特点 同时 对液态模锻各工艺参数及其选择进行 了介绍 通过对液态模锻各 工艺参数进行优化 得出最佳工艺参数 并介绍了液态模锻的凹模的设计 关键词 5 爪曲柄 液态模锻 工艺参数 中图分类号 T G1 4 2 T G1 5 6 文献标识码 B Li q u i d Fo r g i n g Pr o c e s s a n d Di e De s i g n o f 5 Cl a w Cr a n k A b s t r a c t T h i s p a p e r a n a l y s e d t h e p r o c e s s i n g t e c h n o l o g y o f 5 c l a w c r a n k p u t f o r w a r d t h a t t o ma n u f a c t u r e t h e p a r t s b y l i q u i d f o r g i n g p r o c e s s i n t r o d u c e d t h e s t r u c t u r e o f l i q u i d f o r g i n g i t i s a l s o i n t r o d u c e d t h e p r o c e s s p a r a me t e r s a n d s e l e c t i o n o f l i q u i d f o r g i n g t h r o u g h t h e o p t i mi z a t i o n t o g e t t h e o p t i mu m p a r a me t e r s o f v a r i o u s k i n d s o f p r o c e s s o f l i q u i d f o r g i n g a n d i n t r o d u c e d t h e d i e d e s i g n Ke y wo r d s 5 c l a w c r a n k l i q u i d f o r g i n g t h e p r o c e s s p a r a me t e r s 5 爪曲柄是我公司生产的某型设备传动部件的重 要零件 如图 1 所示 该零件材料为 L D 5 该零件在工作过程中要承 受一定扭力 故要求该零件 固溶处理后 抗拉强度 I 3 5 2 MP a 延伸率 6 零件外形不再进行机械 图 1 5 爪曲柄 模具制造 2 0 1 6 年第3 期 5 9 锻模技术 加工 要求 外表面不得有裂纹 夹渣 冷隔等缺陷 允许外表面有深度不大于0 5 m m的条痕及麻点 内部不允许有缩孑 L 和疏松等缺陷 该零件生产批量 较大为年产 1 0 万件 2 工艺性分析 该零件的加工有以下几种方法 1 压力铸造 采用压力铸造工艺生产该零件 虽然能保证零件 的尺寸精度和表面质量 但零件内部不可避免的存在 着气孔 缩孑 L 等压铸缺陷 毛坯经过固溶处理后 在气 孔处容易产生气泡 同时 其抗拉强度和延伸率不能 满足产品图要求 2 精 密锻造 采用精密锻造工艺生产该零件毛坯 毛坯固溶处 理后 虽然其抗拉强度和延伸率能满足产品图要求 但毛坯形状复杂 即使采用多种工艺制坯 也难于满 足精密锻造要求 所以难于保证零件的尺寸精度 3 液态模锻 液态模锻是借鉴压力铸造和模锻工艺发展起来 的一种新型金属成型工艺 它是对浇人模具型腔内的 液态金属施加较高的压力 并保持一定时间 使其成 形 和凝 固 从而获得具有 一定形状和机械性能 的零件 的一种成形方法 该工艺具有 以下特点 a 液态模锻可以消除毛坯内部的气孑 L 缩孔和疏 松等缺陷 产生局部的塑性变形 使毛坯组织细密 加之在压力下结 晶 还有 明显的细化 晶粒 加速凝 固 速度和使组织均匀化的作用 因此 液态模锻毛坯的 机械性能高于一般普通铸件 而接近甚至达到同种合 金的锻件水平 同时 还没有锻件 中通常存在的各项 异性 b 液态金属在压力下成形和凝固 使毛坯与模具 行腔壁贴合紧密 因而 液态模锻毛坯具有较低的表 面粗糙度和尺寸精度 c 液态模锻毛坯在凝 固过程中 各部位处于压应 力状态 有利于毛坯的补缩和防止裂纹的产生 d 液态模锻是在压力机上进行 和压力铸造一样 便于实现机械化 自动化 可大大减轻工人的劳动强 度 改善铸造车间劳动条件 加之 液态模锻通常没 有浇冒口 毛坯精化 毛坯尺寸精度高 因而金属材料 的利用率高 e 液态模锻是通过压力进行补缩的 通过液态模锻成形的毛坯不仅能保证零件的尺 寸精度和表面质量 毛坯经过固溶处理后 其抗拉强 度和延伸率还能满足产品图要求 通过 以上分析 决定采用液态模锻工艺生产该 零件 3 液态模锻工艺参数的确定 液态模锻工艺参数包括浇注温度 模具预热温 度 加压开始时间 保压时间 单位压力 加压速度 润 滑剂等 1 浇注温度 液态模锻时 金属在压力作用下 由液态结 晶成固 态 在此阶段 内金属充满了型腔 当金属处于固态 时 液态模锻过程即结束 若在这时施加足够的压 力 则金属可产生塑性变形而得到较高的机械性能 塑性也 比较高 浇注温度过低 所需单位压力大 浇注温度过 高 所需单位压力也大这是因为缩孔在最后形成 而 在 凸模 和缩孑 L 之间有一硬 的结 晶层 要消除缩孔 必 须要较大的单位压力 2 模具预热温度 液态模锻时 必须合理控制模具尤其是凸模和凹 模的预热温度 模具的预热温度过高时 模具表面容 易粘结金属 使毛坯产生疤点 影响毛坯的表面质量 同时 毛坯的强度和延伸率也会降低 凸模预热温度 过高或过低 都会造成脱模困难 3 加压开始时间 加压开始时间是指液态金属浇注完毕到施压开 始 金属液 在模具 型腔 内停 留的时 间 以秒 S 来表 示 加压开始时间一般以金属液冷却到不低于其 固 相线温度为准 加压开始时间过小 加压会使金属液 溅出难于在金属液上施加压力 加压开始时间过大 液态金属结晶层厚度大 所需单位压力大 4 保压时间 保压时间是在合适单位压力作用下 从施压开始 到最 后缩 孔 区的消 除 所需 要 的 时 间 以秒 S 来 表 示 保压时间主要取决于工件厚度 在保证成形和 结 晶凝固条件下 保压时间越短越好 保压时间过 6 O 模具制造 2 0 1 6 年第3 期 锻模技术 长 则会延长生产周期 增大变形力 降低模具的使用 寿命 保压时间过短 工件内部容易产生缩孑 L 工件 内在质量差 机械性能低 5 单位压力 单位压力是指凸模接触面上的平均压力 单位 压力的大小对工件的机械性能 铸造缺陷 组织 偏 析 熔点及相平衡等都有直接影响 单位压力过高 容易损坏模具 同时需要较大吨位的压力机 造成设 备的极大浪费 单位压力过低 工件的缩孔和疏松不 能消除 其机械性能低 6 11 压速度 加压速度是指凸模从一接触液态金属到达到预 定的单位压力所移动的距离与所用时间的比值 一般 用米 秒 m s 来表示 加压速度快 凸模能很快将压 力施加 于金 属上 便 于金属 成形 结 晶和塑 性变形 加压速度过快 会引起冲击 涡流 卷入气体 还将产 生应力 内裂纹等缺陷 加压速度快慢 液态金属流 动太慢 将会产生浇不足 冷隔等缺陷 7 润滑剂 1 润滑剂的作用是保护模具 提高工件 1 0 的表面质量 便于将成形后 的工件从模具 中取出 因此 要求润滑剂能耐高温高压 并具有 良好的粘附作用 并且粒度越小越7 好 5 爪 曲柄液态模锻选用现有的四柱万 能油压机Y 3 2 A 一 2 0 0 通过对5 爪曲柄液态 模锻工艺参数进行优化 并通过一系列工 艺试验 最后得出最佳工艺参数为 浇注温 度取7 2 0 C 7 4 0 C 模具预热温度取 2 0 0 C 2 5 0 2 加压开始时间一般取 1 5 s 2 0 s 保压 时 间 一 般 取 1 5 s 2 0 s 单 位 压 力 一 般 取 1 0 0 M P a 1 5 0 M P a 加压速度 0 1 m s 润滑剂 选用油基石墨乳 1 4 模具结构及特点 4 1 模具结构 设计的5 爪曲柄液态模锻模 如图2 所 示 4 2 模具结构特点 1 5 爪曲柄属于长轴类零件 且形状 复杂 零件退件不能使用油压机的下顶出缸 而采用 拉杆机构 操作简便 2 整体凸模结构比较复杂 无法进行加工 因 此 将凸模采用组合结构 便于凸模的加工和装配 3 为使退料板及时回位 保证5 爪曲柄液态模锻 顺利进行 在顶杆 1 和顶杆3 的下部装有弹簧 4 为保证零件的顺利顶出 顶杆 1 和顶杆 3 与凹 模之间的配合精度采用H 7 h 6 的间隙配合 5 长凸模与长凸模定位板之间的配合精度采用 H 7 h 6 的间隙配合 6 四方芯轴与 5 爪 凸模之 间的配合精度采用 H 7 h 6 的间隙配合 便于装配 7 组合 凸模与 凹模 之间的间隙选择在 0 0 8 O 1 2 m m之间 间隙过小 组合凸模与凹模因装配误 差而相碰或咬住 间隙过大 金属液容易通过间隙喷 出 造成事故 或在间隙中产生毛刺 降低施压力 造 成卸件困难 图2 5 爪曲柄液态模锻模 1 垫板2 下模座3 退料板4 1 6 顶杆5 1 1 1 7 弹簧 6 凹模7 四方芯轴8 5 爪凸模9 上垫板l 0 上模板 1 2 上固定板 1 3 长凸模垫板1 4 长凸模定位板 1 5 长凸模1 8 拉杆套1 9 拉杆 模具制造 2 0 1 6 年第3 期 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 锻模技术 5 模具结构设计 5 爪曲柄液态模锻模的设计 主要指凹模的设计 在整个液态模锻过程中 凹模承受的力十分复杂 对 凹模的作用力大体有4 种 合模力 液态模锻力 挤压 力 脱模力 在以上作用力中 对凹模强度影响最大 的是液态模锻力 所以必须利用液态模锻力来计算 凹模强度 设计的凹模结构如图3 所示 凹模采用热作模 具钢 3 C r 2 W8 V制造 热处理 4 5 5 0 H R C 为保证凹模具有较高的使用寿命 必须 对模具型腔进行氮化处理 2 4 1 o 广 o f 一 翁 3 0 8 f 七 0 I 厂 k l I t 2 南一 L 4 一 C 4 J f 8 0 1 4 0 0 1 4 0 f J l广 l 1 n I 0 卜 t H t 4 R m 0 R6 7 J l 1 6 6 l卜I 5 R l 9 k g 图3 凹模 6 结束语 采用液态模锻锻造成形 5 爪曲柄毛坯 不仅保证 了零件的尺寸精度和表面质量 而且