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双拐曲轴的锤上模锻工艺
+ P. y0 [; k0 l6 P. |厂生产的2105曲轴锻件,是柴油机上的主要零件(图1)。锻件重38.0kg,材料为45钢,下料规格φ120×470,下料重41.7kg。
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1 锻造特点及工艺分析 : ?- {1 Z9 F) B) d! S& n
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如图1所示,2105曲轴两端部较细而长,锻件重量主要集中在两φ150×37之间。φ150截面与邻近的φ83、φ84截面的截面比约为3.3∶1,与φ63、φ70截面的截面比约为5∶1。两拐偏离中心轴线65mm。经计算,中部重27.7kg,左端部重6.5kg,右端部重3.8kg。
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8 k# I- ?0 n5 o& Y根据锻件图,可由下式确定模锻锤吨位。 6 t+ V% R; @0 ]2 j
G=KF×10-3=4×1150×10-3=4.6 . _% P1 c# b+ ^; Y6 M
式中:G——锻锤吨位,t;
. U$ ~6 L* v4 k; J/ ` F——锻件水平投影面积(包括飞边面积),cm2;
+ P1 P/ P$ ` T3 V K——钢种系数。
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经计算,模锻2105曲轴需用5t模锻锤。
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( |3 l2 o% o8 s4 o0 g9 Y" e4 c其工艺流程:下料→加热(燃煤反射炉)→压弯、终锻成形(5t模锻锤)→切边(5000kN切边压力机)→热校正(3000kN摩擦压力机)。 4 a' X- h/ D2 L
; D1 d9 _1 y! l; ?+ V* \6 s2 弯曲型槽的工艺设计 # M6 J8 F1 u4 X3 \ ?
$ E/ ]; O* X. ~1 H6 l8 s6 E6 v2 H根据图1计算并绘制出计算毛坯直径图(毛边槽充满系数0.6~0.7)和弯曲型槽图。在绘制弯曲型槽图时,应根据2105曲轴的特点作适当的修整。
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为保证锻件的两端和中部在终锻时能充满型槽,应对圆钢(φ120)的相应部位进行卡压。根据图1,分段计算出局部重量及局部计算毛坯重量(中部毛边槽充满系数按0.3~0.4),并与同一部位同一长度的圆钢重量相比较,选定图1中的Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ部位进行卡压。经卡压后的毛坯,Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ之间的金属可满足中部终锻型腔的充满,两头可满足杆部的成形(图2)。卡压部位的型腔截面如图2中F-F。理论计算型腔高度应为50,实际定为56,以避免因卡压毛坯程度过大而引起终锻锤击时失稳。从F-F截面向端部延伸的型腔,采用4°~6°的张口斜角。F-F截面向中部延伸的型腔,采用12°的张口斜角(图中未标出)。
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) k/ _+ N% ?7 ^2 S+ W, C: w, B在中部的压弯部位,曾因压弯过浅、宽度过窄而造成在终锻时根部两边出现折痕,且模具不易打靠,增加了锤击的负荷。为避免这个问题,根据经验,采用尽可能深、尽可能宽的压弯。如图2示,压弯型腔凸出部分超出中心线12(锻件图上,拐根部距锻件中心线23),宽度与锻件图宽度基本相当。圆角过渡处,尽可能选用较小的过渡圆角(也不宜过小,否则,在终锻时易引起根部折叠),以增强压弯效果。图2中用R20、R30做为压弯凸出部位的过渡圆角。与过渡圆角相接处的倾斜线,其倾斜角应不小于9°,这里选用了10°倾斜角。 : e2 v; @" Z4 y$ a9 I1 w
3 V! ^$ F R( C k1 U' ]/ L弯曲型槽的凸出部位截面图如图2中E-E,压弯圆弧深度25,其余15。据经验,加大压弯圆弧深度,可增强终锻时金属向两边移动分配的效果。
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经弯曲型槽压制的毛坯,可方便地放入终锻型槽。锤击时,弯曲毛坯以镦粗形式充满终锻模膛。 E8 N" Q2 G& z4 _" a# x
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3 终锻型槽的设计 1 z# ?' N ?6 S- J
: U" `% H$ W) y( z; Q. P. B为使弯曲毛坯在终锻模膛中理想成形,终锻型槽除按一般的设计程序设计外,还应做一些必要的修整。如图3所示,在a、b部位增设阻力槽,以限制终锻锤击时拐部金属向外流动,迫使金属向两边流动,满足中部及φ150×37部位的需要,其毛边槽型式如图4b所示。
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, F* n1 |1 P, V2 B6 I- U' \由于2105曲轴水平投影面比较大,为减少终锻时的锤击次数,终锻型槽的毛边槽采用图4a所示的双边仓部毛边槽,以增强终锻结束前毛边槽仓部快速容纳多余金属的能力。对于多余金属可能多的部位,仓部深度选用图4中的较大值。
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- R, W) C, e( U4 g终锻型槽在锤锻模上的位置,应尽可能使终锻型槽中心与锻模中心重合,以减轻设备的偏击负荷,减小锻件的错移。
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, _- o/ P. i( @& E3 ], M; D由于诸多因素的影响,锻件在垂直方向的实际尺寸可能超出公称尺寸(有时达2.5~3.0mm),故在制作模具时,应有意使终锻模膛浅0.5~1mm。 3 C7 g- [. s q& Y. V3 T
5 E; c+ P8 [9 Y# C I) M Q4 使用效果 4 d! @/ p2 D& f# k8 j9 R, n( O2 u9 e
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经生产使用,效果很好,达到了预期目的。切下的毛边不大,整体均匀,不断边。锻件各部位均匀充满,拐内无折叠等缺陷,水平错移仅为1.0mm。 |
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