董传勇薛克敏：接套体多向模锻工艺分析及模具设计

1、第 3 届全国精密锻造学术研讨会论文集（2008 年 12 月 3-5 日江苏盐城）154 接套体多向模锻工艺及模具设计*合肥工业大学材料科学与工程学院董传勇薛克敏赵茂俞袁美玲摘要分析了接套体多向模锻工艺及模具设计过程。提出了两种成形方案，论证了一料两件方案的优越性，设计了相应的成形模具。对类似零件的成形工艺及模具设计具有较好的指导和借鉴作用。关键词： 接套体；多向模锻；模具设计multi-cored forging technology and design of die for connecting sheath abstract multi-cored forging technolog

2、y and die designing process for connecting sheath were analyzed. two forming plans were put forward and the advantage of two parts from one billet plan was proved. then the corresponding die was designed. the process plays a guiding and reference role for the similar part forming technology and die

3、design. key words: connecting sheath; multi-cored forging; die design 1 引言接套体是某厂大量生产的零件（如图 1） ，传统生产工艺是用开式模锻先锻造出两端无孔、底部空腔填实的锻件，然后通过机械加工进行生产，此工艺生产效率低，生产成本高，材料利用率低，且很难满足零件性能要求1。为了克服传统工艺的不足，决定采用多向模锻工艺生产该零件。与开式模锻相比，多向模锻可以锻出形状更为复杂，尺寸更为精确的无飞边，无模锻斜度（或很小模锻斜度）的中空锻件，使锻件最大限度地接近成品零件形状尺寸，从而显著地提高材料利用率，减少机械加工工时，降低成

4、本2-3。图 1 零件三维视图2 工艺方案的确定2.1 工艺分析该接套体材料为30crni3a ，强度较高 ,冷变形塑性差，且下部的非闭合腔壁的高宽比最大达6.6（厚度仅为 22.5mm），金属充填窄而深的型槽时变形阻力很大，极难成型，中间为通孔，孔壁很薄，零件在常温下很难成形。在生产中采用温锻成形，先将其加热到750 ,使其强度降低，然后进行加工4。接套体在进行生产时采用水平分模的模具结构，可采用以下两种方案：1）一料一件，其模具结构如图2(a)所示，零件一次挤压成形；2）一料两件，其模具结构如图2(b)所示，坯料经过挤压成形后(如图 3 所示 )进行热处理，切*国防科工委专项基金资助项目（

5、08-163）董传勇薛克敏赵茂俞等：接套体多向模锻工艺及模具设计155 断，最后机加工。多向模锻变形力按下式进行计算3：p=kfb式中：k为锻件形状系数，取6.4 8，形状简单的锻件取小值，形状复杂的取大值，本文k取 7.5；f为锻件主变形方向投影面积，2mm；b为金属变形温度下的强度极限，pa，查得 30crni3a 在 750 时b 2 108pa。如果采用第一种方案，由上式可得左冲头变形力左p7.5 3.14 43326102m 2 108pa=1282kn，右冲头变形力右p=7.5 3.14 42626102m 2 108pa=796kn， 左 右 冲 头 变 形 力 差 值左p右p=

6、486kn。为此在模具结构方面，采用上下模沉入上下模板的形式；而偏载力主要还需要液压机来平衡，这对液压机提出了更高的要求。而采用第二种方案，零件左右对称，则可以从根本上解决左右冲头的挤压力不平衡问题。另外，由于零件结构的复杂性，成形后零件会留在下模，所以需要设计顶出装置。若采用第一种方案，由于零件下部空腔在中间位置，所以需要设计两个顶料装置(如图 2(a)所示 )，但在生产中若两边顶出不平稳，容易造成锻件的变形；而采用第二种方案，只需要在锻件的中间位置设置一个顶料装置就能保证顶出的平稳性，防止了锻件变形，提高了工作效率。a)一料一件b)一料两件图 2 模具结构图1. 上模板2. 上模 3. 右

7、固定板4. 右模板5. 右冲头6. 下模7. 下模板8. 顶件器9. 顶杆10. 左固定板11. 左冲头12. 左模板13. 垫板经过以上分析比较，一料两件成形方案虽然材料利用率有所降低(约 4%)，但保证了锻件的精度，简化了模具结构，提高了生产效率，所以决定采用第二种方案。图 3 一料两件锻件三维视图第 3 届全国精密锻造学术研讨会论文集（2008 年 12 月 3-5 日江苏盐城）156 2.1 工艺路线根据工艺分析，确定接套体多向模锻工艺的生产过程为：下料加热(加热温度为750)多向模锻成形热处理切断机加工。2.2 毛坯形状及尺寸的选择根据接套体的要求，考虑到 30crni3a 在 75

8、0产生的氧化皮和后续机加工应预留余量，锻件两端各加2mm的余量。 为了便于成形和脱模，下部的非闭合腔壁设计成有2 的斜度。 考虑到零件两端为26mm，在生产中采用26mm的棒料，可以减少变形量，降低镦粗比。通过ug计 算 坯 料 的 体 积为v 989603mm， 则 下 料 的 长 度 为187mm， 质 量 为m98960 1093m 7.8 103kg/3m=0.78kg。3 多向模锻模具设计3.1 模具结构及工作原理模具结构如图2(b)所示，冲头及上下模、顶件块均采用h13 钢。工作时液压机主滑块带动上模 2 抬起，将加热后的坯料放入下模6，然后上模落下与下模合模，之后左冲头11 和右

9、冲头 5 同时冲入模腔。工作完毕左右冲头拔出，上模抬起，顶杆9 在下顶出缸的作用下，推动顶件器8将锻件顶出。由于锻件底部的非闭合腔壁属于难充满部位，加之在坯料充填的后期，模腔内残留的空气均被压缩在模腔的底部，阻碍了金属充填，所以在设计模具时，模腔底部的深度比锻件腔壁的高度高4mm，用来容纳残留的空气，减少充型过程中空气的阻力，使金属更容易充型。3.2 模具关键零件设计(1) 冲头设计：冲头结构是影响其寿命的主要因素之一，冲头结构上断面变化处的应力集中，是引起冲头碎断的根本原因5，为了减少应力集中，在冲头断面变化大的台阶处采用锥面过渡，大圆弧光滑连接，其结构如图4 所示6，图 4 冲头结构图(2

10、) 上下模设计7-8：模壁厚度s可按下式确定: s=(11.5)h 40mm其中h为模膛最深处的深度。模块高度尺寸s与底厚t应尽可能符合如下条件：t (0.60.65)s对于分模面无落差的锻件，可以采用一般锁扣，其目的是为了保证锻件精度和便于模块安装、调整等。本模具采用侧面锁扣型式，主要用于防止上、下模相对转动和前后左右的错移。4 结束语(1) 采用一料两件的工艺方案后，解决了偏载力问题，并使顶出机构得到了优化，锻件出模更加平稳，可靠，生产效率大幅提高。(2) 针对锻件底部腔壁难以充满的问题，提出了加深模腔底部深度的方案。(3) 为了减少或消除应力集中，在冲头断面变化大的台阶处采用锥面过渡，大

11、圆弧光滑连董传勇薛克敏赵茂俞等：接套体多向模锻工艺及模具设计157 接。(4) 采用多向模锻生产的接套体机加工少、材料利用率高、成本低，必将带来良好的经济效益。参考文献1 章云龙 . 81-1 式自动步枪接套体脆断探讨j. 兵器材料科学与工程, 1989,4:51-54. 2 吕炎等 . 锻压成形理论与工艺m. 北京：机械工业出版社，1991：179-182. 3 邱积粮 . 筒形零件多向模锻工艺j. 金属成形工艺，1991，9(4):11-18. 4 s. sheljaskov. current level of development of warm forging technologyj, jmpt (1994) 46：3 18. 5 王孝培 .