董传勇薛克敏：接套体多向模锻工艺分析及模具设计.doc

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 technology 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 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，降低成本[2-3]。 图1 零件三维视图 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2～2.5），金属充填窄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： 一料一件，其模具结构如图2(a)所示，零件一次挤压成形； 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，切断，最后机加工。 多向模锻变形力按下式进行计算[3]： =·· 式中：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，本文取7.5；为锻件主变形方向投影面积，； 为金属变形温度下的强度极限，，查得30CrNi3A在750℃时＝2×10。 如果采用第一种方案，由上式可得左冲头变形力＝7.5×3.14×××2×10=1282，右冲头变形力=7.5×3.14×××2×10=796，左右冲头变形力差值―=486。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 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。 根据接套体的要求，考虑到30CrNi3A在750℃产生的氧化皮和后续机加工应预留余量，锻件两端各加2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26，在生产中采用26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＝98960，则下料的长度为187，质