曲臂锻模设计

时间：2024-08-31

刘桂荣

(包头职业技术学院材料工程系，内蒙古包头 014035)

1 曲臂冷锻件图的绘制

曲臂是多种液压部件的重要零件[1]，毛坯必须用锻造的方法制备。曲臂的零件图如图1所示,是典型的弯曲类锻件，质量为0.55 kg，材料为20Cr合金钢，加热后具有较好的流动性。

2 曲臂工艺方案的制定

该锻件为弯曲类锻件，故需将锻件展开。从锻件图上宽度内侧1/3处作为中性线，使之展开，根据展开长度绘制计算毛坯截面图及直径图，计算数据如表1所示。其中，F锻为锻件截面积；F槽为飞边槽截面积；F飞为飞边截面积；d计为计算毛坯直径；dmin为计算毛坯最小直径；dmax为计算毛坯最大直径；δ为飞边充满系数。曲臂展开图如图3所示。

图1 曲臂零件图(单位：mm)

图2 曲臂锻件图(单位：mm)

图3 曲臂展开图(单位：mm)

用CAD软件测量图3曲臂展开图得到：V计=V坯=100 000 mm3，V计为计算毛坯体积，V坯为坯料体积。

V坯=V锻+V飞

(1)

式中：V锻——锻件体积，76 469 mm3；

V飞——飞边体积，34 171 mm3。

经计算，V坯=110 640 mm3。

将测量结果和计算结果综合考虑，取V计=105 000 mm3。

L计=L锻(1+0.015)

(2)

式中：L计为计算毛坯长度；L锻为锻件长度，125.5 mm。

经计算，L计=127.0 mm。

计算毛坯的平均截面积F平=V计/L计=827 mm2。

计算毛坯的平均直径d平=32.5 mm，计算毛坯的最大直径d计max=45.2 mm。

金属流入头部系数α=d计max/d平=1.39。

金属轴向流动系数β=L计/d平=3.9。

锻件质量G锻=0.6 kg。

最后根据制坯繁重系数α,β,锻件质量查阅长轴类锻件制坯工步选用图[5]，确定完成该锻件需要闭式滚挤→弯曲→预锻→终锻4个工步。考虑到锻件坯料的有效利用，采用一坯两件调头锻造，这样可以节省钳夹头材料。最后锻造的工艺方案采用闭式滚挤→弯曲→预锻→终锻→切断5个工步完成锻件的生产。

表1 毛坯截面图及直径图计算数据

3 曲臂锻造模具设计

3.1 曲臂锻模的结构设计

模具结构如图4所示。曲臂锻模包括上模2和下模1，在上模和下模均设有燕尾5，用于将模具连接到设备上，在上、下模加工有起重孔6，目的是在安装模具过程中方便起吊。在上模和下模上对应的排列有：滚挤型槽13、弯曲型槽11、预锻型槽12、终锻型槽9；在上模和下模的一个角部设有切断型槽8；滚挤型槽13上模和下模的模腔结构相同，切断型槽8上模和下模的模腔结构相同，终锻型槽上模和下模的模腔结构相同，均由终锻型槽9、飞边10构成，飞边环绕在成型型腔的周围，用来容纳多余的金属。在预锻型槽和成型型槽的前部对应设置有钳口4和钳口7，终锻型槽的钳口4与飞边仓连接，钳口4和钳口7是夹持空间，为了锻造时取送锻件，在上模和下模的合模处加工有检验角3，作为加工型腔的画线基准。

1-下模； 2-上模； 3-检验角； 4-钳口； 5-燕尾； 6-起重孔； 7-钳口； 8-切断型槽； 9-终锻型槽； 10-飞边； 11-弯曲型槽； 12-预锻型槽； 13-滚挤型槽 A-A刻视、B-B刻视、C-C刻视、D-D刻视、F-F刻视、A-A剖视、B-B剖视、C-C剖视、D-D剖视、F-F剖视图4 模具结构

3.2 终锻型槽设计

终锻型槽依据热锻件进行加工，热锻件在冷锻件的基础上加上3%的收缩量。热锻件如图5所示。

图5 热锻件(单位：mm)

3.3 飞边槽设计

飞边由飞边桥14和飞边仓15构成，飞边环绕在曲臂终锻型槽的外部，具体尺寸如图6所示(图4 F-F剖视)。

14-飞边桥 15-飞边仓图6 飞边(单位：mm)

3.4 预锻型槽的设计

预锻型槽结构形式与终锻型槽一样，无飞边槽，高度大于终锻型槽，拔模斜度为10°，圆角半径大于终锻型槽，预锻型槽如图7所示(图4 B-B剖视)。

图7 预锻型槽(单位：mm)

3.5 滚压型槽设计

根据展开长度绘制、计算毛坯截面图及直径图，型槽长度L=1 mm+127 mm，中心距L=1.015×90 mm=91.500 mm，型槽高度h简化为光滑曲线，型槽的尾部尺寸查表[6]确定。最后绘制的滚压型槽如图8所示(图4 A-A剖视)。

图8 滚压型槽(单位：mm)

3.6 弯曲型槽设计

弯曲型槽由型槽本体和钳口组成，钳口尺寸与滚挤型槽钳口尺寸相同，为了简化模具制造，决定使上模突出部位不进入下模。故将整个型槽由分模面位置上移4 mm。为了使弯曲后的毛坯翻转90°，放入预锻型槽而成为镦粗成型，弯曲模槽的高度轮廓尺寸应比锻件平面图上相应尺寸减少2～3 mm。最后弯曲型槽如图9所示(图4 C-C剖视)。

图9 弯曲型槽(单位：mm)