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技術資料

精密模鍛的模具設計

發布時間:2018-9-5
  1.模具結構類型
  按凹模結構形式可以分為三類:整體凹模式模具、組合凹模式模具和可分凹模式模具。
  如圖1所示為整體凹模式模具,用于錘上模鍛,利用鎖扣作為上、下模的導向。整體凹模式模具制造簡單,適用于單位變形力不大的鍛件。
  如圖2所示為中溫反擠壓模,采用三層組合凹模結構。為了獲得尺寸精度高的擠壓件,模具中設置有加熱器8,也可以通過壓縮空氣冷卻模具,使其工作溫度控制在規定的范圍內。為了提高擠壓件的表面質量,利用卸料板2和凹模頂塊7刮刷沖頭1和凹模3上的潤滑劑殘渣。組合凹模是精密模鍛中常用的模具結構,其特點是采用預應力圈,使凹模能承受較高的單位壓力。
  如圖3所示為在液壓機或螺旋壓力機上,熱擠壓鈦合金臺階軸的可分凹模式擠壓模。兩個三棱柱形的半凹模(7和8)通過銷軸9與推桿2鉸接,推桿2固定在壓力機的頂出器上。兩半凹模安置在凹模座1中,支承面間的角度為30。。利用過渡圈5把沖頭6固定在沖頭固定器4中。利用支承環雪作凹模頂起時的支承或作為沖頭工作行程的限位。擠壓鍛件時,由于模具的彈性變形,在凹模分模面間會出現薄毛刺。可分凹模用于需要兩個以上
面成形的、形狀復雜的鍛件。
  導向裝置和頂出機構一般與普通模鍛的模具結構相同,但導向精度要求更高些。
  
  圖1 整體凹模式無飛邊鍛模                圖2 可分凹模式擠壓模
    1-上模;2-下模             1-凹模座;2-推桿;3-支承環;4-沖頭固定器;
                          5-渡圈;6-沖頭;7-左凹模;8-右凹模;9-銷軸
  2.模膛尺寸
  在普通熱模鍛中,終鍛模膛尺寸按熱鍛件圖確定。由于僅考慮了鍛件的冷卻收縮,而不考慮其他因素,所以鍛件的精度較低。對于精密模鍛件,應考慮各種因素的影響來合理確定模膛尺寸。如圖3所示的鍛模,模膛尺寸可按下式確定,然后通過試鍛加以修正。
  (1)模膛型腔直徑(mm)
  式中 D件——鍛件相應外徑的公稱尺寸(mm);
  口件——毛坯的線膨脹系數,℃ ;
  t件——終鍛時鍛件溫度,℃;
  a模——模具材料的線膨脹系數,℃;
  t模——模具工作溫度,℃;
  AD彈——模鍛時模膛直徑D的彈性變形絕對值,mm。
  (2)模膛沖頭(沖孔凸臺)直徑(mm)
  
  圖3 模膛尺寸簡圖
  d件——鍛件孔的公稱直徑(ram);
  d彈——模鍛時沖頭直徑d的彈性變形值,當直徑d變大時,Ad彈為負值,當直徑d減小時,△d彈為正值,mm。
  關于模膛的磨損等因素,可在鍛件公差中考慮。
  3.模膛的尺寸精度和表面粗糙度
  根據鍛件的精度和表面粗糙度確定。精密鍛件的精度要求高,則模膛制造精度要求更高,模具制造的難度也更大。一般來說,對中小型鍛模和形狀不太復雜的模膛,可按IT7級(溫鍛)和IT8~9級(熱鍛)精度制造;對大型鍛模和形狀復雜的模膛,可按IT8~9級(溫鍛)和IT10~12級(熱鍛)精度制造。模膛的表面粗糙度應考慮加工的可能性,重要部位應在R。=0.4um,一般部位應為R。=3.2~1.6pm。
  4.模具的強度、剛度以及潤滑
  閉式模鍛時,當毛坯充滿模膛后,多余的能量主要由模具和設備所吸收。當多余能量較大時,模具常因應力過大而破壞。為防止鍛模破裂,在設計模具時,一方面應提高模具本身的強度;另一方面應盡可能減小多余能量的不良影響。例如在模具上設置擠出間隙,使毛坯成形后還有少量金屬可以從孔隙中擠出,從而吸收多余的能量;或者是采用承擊面來承受多余打擊能量,還可以保證鍛件高度準確。
  模具的剛度影響鍛件尺寸精度。影響模具剛度的主要因素是模具結構、模膛位置和模具材料等。模具結構應力求簡單。整體模的剛度較好,采用組合模時應避免構件間有游隙和較大的彈性變形。模膛位置應力求模膛中心與滑塊(或錘桿)中心一致,減小由于偏心力矩造成鍛件高度和水平尺寸的偏差。模具材料應選用硬度高、彈性模量大的材料。
  常用的潤滑劑(質量分數)如下。
  (I)熱鍛
  ①石墨+機油50% 噴涂于模具和熱毛坯上,適用于鋼鍛件。
  ②ZnSO。49.5%與KCI 50.5%共熔物+K。CrO。2.3% 噴涂于模具上,適用鈦合金鍛件。
  ③機油95%+石墨粉5% 噴涂于熱毛坯上,適用于銅和黃銅鍛件。
  ④機油+松香+石墨40% 噴涂于熱毛坯和模具上,適用于鋁、鎂及其合金鍛件。
  
  圖4 圓錐齒輪鍛件圖
  (2)溫鍛
  ①200~400℃溫鍛,碳素鋼采用磷酸鹽處理,使毛坯表面形成多孔的磷酸鹽結晶層來吸收潤滑劑,并在毛坯變形過程中逐步擠出,克服毛坯與模具間的黏著現象。不銹鋼采用草酸鹽或鍍銅處理。潤滑劑采用二硫化鉬或石墨,噴涂于毛坯上。400~700℃溫鍛,處理方法相同,但是加熱要迅速;潤滑劑采用石墨或水劑石墨,噴涂于毛坯和模具上。
  ②700~850℃溫鍛,不需表面預處理,潤滑劑采用石墨或水劑石墨,噴涂于毛坯和模具上。
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