摘要 主要分析连杆体、盖整体锻造产生变形的主要原因,介绍连杆体、盖整体锻造切冲校复合模的设计过程及应用效果,在类似锻件上具有很高的推广应用前景。

关键词 连杆;变形;切冲校复合模

中图分类号 TG315 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2010)082-0097-01

0 前言

锻件在锻造成型后的切边、冲孔变形是影响锻件质量的一个重要原因。对于体盖整体锻造的连杆毛坯,切边和冲孔导致的变形主要有以下两种:一是因为切边造成的连杆盖螺栓孔处的拉切变形,该处的变形会使连杆加工后螺栓孔的壁厚不均匀,影响连杆质量,严重的会造成连杆的报废。二是因冲孔造成的孔部变形,该处的变形会使连杆加工后大头孔壁厚不均,还因变形使加工量不均匀,对加工过程也会产生一定影响。为了提高连杆毛坯的质量,必须解决上述问题。

如何解决切边、冲孔的变形问题呢?经了解,现在大部分的厂家采取切边、冲孔后校正的方式。就我厂来说,也是采用切边、冲孔后校正,或切边后冲孔校正复合的方式。根据多年的生产经验,采用上述方式并不是非常理想。原因如下:一是采用校正的方式不能使变形完全恢复,只是使连杆毛坯加工后尽量减少废品出现。二是对校正模的要求很高,校正模稍有变形就会导致废品产生。后来根据变形的方向和部位,采用对锻模的相关部位进行修磨,增加锻件在这部分的材料,变形后仍能保证加工量的方式,可有效提高校正模的使用寿命,降低废品率。但是这会增加很大的工作量,并且因为变形程度受切边、冲孔时的温度和锻模的使用状态等影响,波动很大,修磨量难以掌握。

为彻底解决切边冲孔的变形问题,决定进行切边、冲孔、校正复合模的设计开发,以提高锻件质量,降低制造成本。现以R系列连杆为例,对切冲校复合模的设计进行分析和说明。

1 切、冲、校复合模的设计原理

根据大量的实际经验得出,锻件在锻造过程中,除锻打时因锻件出模困难造成弯曲变形外,在锻造过程中一般不会出现变形的情况。也就是说,大部分的变形是因为在切边、冲孔过程中,受到切边、冲孔剪切力影响产生的变形。可以设想如能在切边、冲孔的过程中,不仅消除在锻造过程中产生的弯曲变形,还使锻件不再产生变形,也就不需要校正,从而达到了校正的目的。根据经验及相关资料,我们认为,只要在切边、冲孔过程中给锻件一定的压紧力,可消除切边、冲孔过程中的剪切力影响,从而使锻件不产生变形或变形程度控制在要求的范围内,达到校正后的效果。根据这一原理,进行了切冲校复合模的设计。

2 切冲校复合模的设计

2.1 设计计算

根据有关资料,经计算得出,该连杆所需的切边力为120.4吨,冲孔力为19.6吨,该连杆生产线所配的切边设备为250吨曲柄压力机,因此设备能力足够。

2.2 压紧力的选择

选择合适的压紧力是切、冲、校复合模设计成功与否的关键。在查阅大量的资料后,确定可作为压紧力的装置有两种。

弹簧压紧:根据相关的资料得出,能够满足切、冲、校复合模使用要求的只有喋形弹簧。但是喋簧的伸缩量太小,即使多个叠加也只能达到很小的伸缩量。伸缩量太小会造成下一步设计困难,在制造完成后的生产过程中调整很不方便。

气缸压紧:与碟形弹簧相比,气缸所能提供的压力和伸缩量的选择范围大,使用和调整更加灵活和方便,所以选择气缸作为压紧力的装置。

2.3 气缸形式的选择

在确定使用气缸作为压紧力的装置后,又对气缸的结构形式进行了选择对比:

密闭式气缸:气缸内的气体完全密封,依靠调节气缸内气体的压力来调节气缸的压力。优点:体积小,可提供的压力大。缺点:气缸压力随着压下量的增大而增大,而模具的闭合点被模具包围,从外面观察不到,一旦压下量过大,容易出现事故。因为气缸所受的压力较大,所以要求加工质量高。

一般气缸:在气缸的底部通入压缩空气,在压缩空气压力固定的情况下,只能靠改变气缸活塞的直径改变压力。优点:加工质量相对要求低,提供的压力稳定。缺点:体积大、压力小。

通过对比,尽管密闭式气缸在使用方面优点较多,但是因为该类模具没有设计、制造经验,出于安全方面的考虑,采用一般气缸的结构形式,如果压力方面达不到要求,可以在此基础上改为密闭式。

2.4 气缸设计

考虑到力量平衡,采用左右各一个气缸提供压力。考虑到安装尺寸等原因,确定气缸内径为260mm,行程为50mm,底部通入5Kg/cm2压缩空气,单个气缸可提供压力为2.86吨。

切边凸模、校正下模按切边模热锻件图制造,使锻件在切边和冲孔的过程中完全包含在其中,在气缸的压力下,防止产生变形;切边凹模按照切边模热锻件图制造。考虑到锻模的变形情况,将其设计为分体式,以便于调整;为了方便切边凹模的调整和增加底座的使用寿命,设计了凹模底座;在气缸充气状态下,校正下模与切边凹模基本平齐,以方便在切边前放锻件,并且在切边、冲孔后使锻件容易取出;在校正下模处于最高点和最低点时,气缸的活塞距离缸盖(上)和缸盖(下)有不小于5mm的距离,以保护气缸;为防止校正下模在工作时顶歪,损坏切边凹模,增加了导向柱,使其在和冲孔冲头座共同作用下,使校正下模垂直升降;为防止在特殊情况下气缸的压力不能顶出锻件,增加了拉杆、拉板,以拉出锻件,保护模具;使二个气缸的作用力的中心尽量与锻件切边、冲孔力的中心重合,使其受力平衡。将气缸直接固定在下模座上,方便模具的装卸;将冲孔冲头设计比切边凹模低7mm,以分散切边、冲孔的剪切力。

3 切冲校复合模的验证

在制造完成后,将该模具进行了验证。验证情况如下:

1)能顺利完成切边、冲孔动作,锻件可在气缸压力作用下自动顶出,达到设计要求。

2)因为气缸压力设计偏小,锻件出现轻微变形,但与以前工艺过程(锻件在切边后,进行冲、校)相比,变形程度明显减小,锻件质量有了明显提高,完全满足锻件的要求。在积累一定经验后,可将气缸改为密封式,以增大气缸的压力,使锻件的变形更小,质量更好。

3)与以前的工艺相比,将两道工序合并成一道工序完成,劳动强度降低,可节约人工1人。

4 结束语

切、冲、校复合模设计是在没有相关资料的状态下,独立完成的,试验获得圆满成功,已经应用于批量生产,它可以有效提高锻件质量,降低锻造成本。尤为重要的是,该复合模的成功设计为其他类似产品的工艺开发提供了宝贵的经验,它可以在所有具有切边、冲孔工序的锻件中推广应用,具有非常高的实用价值。

参考文献

[1]锻模设计手册.

[2]机械设计手册.

作者简介

孙秀江(1970—),男,山东高密人,工程师,现工作于潍柴动力股份有限公司铸锻厂,主要从事锻造工艺及质量管理方面的工作。