細(xì)長(zhǎng)活塞桿加工工藝及夾具設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說明書】
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封閉鍛造 關(guān)于一個(gè)兩缸曲軸的附帶要素
研究人員尋求一種工業(yè)規(guī)模,在精密零件的三階段過程中,用于提高完成的效率和產(chǎn)品的毛邊鍛件質(zhì)量。
作者:MATTHIAS MEYER,(FH)MICHAEL LüCKE,ROUVEN NICKEL and PROF,BERND-ARNO BEHRENS。
圖1:第一階段為無毛邊的雙缸曲軸鍛造精度無附帶要素[Mue08]。
近年來漢諾威gemeinnützige有限公司Integrierte研究所IPH在閉式精密雙缸曲軸鍛的開發(fā)上,相比于傳統(tǒng)的鍛造方法,允許無毛邊精密鍛造減少需要完成部分的原材料,以及用于修剪過程中步驟的遺漏。由于對(duì)成品零件質(zhì)量的提高,無毛邊鍛造使得工件有可能達(dá)到不需返工的額外制造。
為了評(píng)估這種鍛造方法在工業(yè)上的實(shí)際效果,IPH選擇的是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的研究對(duì)象——包含附帶要素的曲軸,低端和法蘭精度的技術(shù)產(chǎn)業(yè)的適用性。這份報(bào)告描述了加工順序和鍛造工藝設(shè)計(jì)。本次研究的目是一個(gè)第三階段的毛邊鍛造,有附帶要素曲軸的精密鍛造。
閉式精密鍛造是對(duì)模具進(jìn)行封閉的意思。這里描述的方法實(shí)現(xiàn)了模具暫時(shí)封閉死而使工件成形的技術(shù)。但是只有封閉死還不足以使工件成形,只有在插入沖床以后才能成形。
精密鍛造質(zhì)量水平要達(dá)到IT8到IT10[Doe07,Bro99]。在圖1中,一個(gè)簡(jiǎn)化了的四階段鍛序列顯示出沒有附帶要素的雙缸曲軸形成的過程,這個(gè)序列是在發(fā)張過程中的特殊個(gè)例,第一階段為無毛邊的雙缸曲軸鍛造精度無附帶要素。研究項(xiàng)目,SFB489。
第一個(gè)和第二個(gè)步驟是通過在一個(gè)死的封閉中形成橫向擠壓。第三個(gè)步驟是多個(gè)方向處于半開模成型狀態(tài),第四個(gè)(也是最后)的步驟是毛邊精密鍛造工藝,在一個(gè)死的封閉中。在多向分步形成了兩種在垂直方向和水平方向的空間。實(shí)現(xiàn)了能源按楔形的重定向。[Mue08]
目前的發(fā)展?fàn)顩r:
要使精密鍛造曲軸技術(shù)產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng),這首先要補(bǔ)充輔助的元素,底端兩缸曲軸法蘭(見圖2),并重新設(shè)計(jì)的鍛造工藝。
圖2:無附帶要素的雙缸曲軸(左)和有附帶要素的雙缸曲軸(右)
為了減少生產(chǎn)時(shí)間和刀具的使用成本,不遺漏一個(gè)或增加多個(gè)步驟。用測(cè)試以確定是否進(jìn)行階段性的進(jìn)展,必須在四個(gè)步驟中進(jìn)行試驗(yàn)(相當(dāng)于有附帶要素的雙缸曲軸),或者說如果它可以縮減到三個(gè)階段的鍛造工藝。由于增加工具加載可能使一體成型步驟遺漏,對(duì)刀具磨損產(chǎn)生負(fù)面影響,從而降低了刀具壽命。
關(guān)于分段式有附帶要素雙缸曲軸的設(shè)計(jì),必須考慮邊界條件這個(gè)因素。而對(duì)于沒有附帶要素的雙缸曲軸,邊界條件可能會(huì)由各自的壓力(最大內(nèi)應(yīng)力和空間的需求)以及折疊自由和曲面的形式而產(chǎn)生裂縫。
比較第三和第四序列:
第三和第四階段中,F(xiàn)orge 2009是以有限元分析(FEA)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的仿真鍛造模擬軟件。在每次模擬時(shí),設(shè)置零件的溫度為1250℃,刀具溫度250℃,成型速度為25毫米/秒,隨后產(chǎn)生的物質(zhì)流對(duì)成形力、變形程度、壓力保持時(shí)間、部分溫度分布范圍、預(yù)計(jì)刀具磨損方面進(jìn)行了評(píng)估,目的是演示出對(duì)這兩個(gè)階段的比較。
在這四個(gè)鍛造階段的中間部分,最后階段的成形力的形成相似或高于第三階段。由于所需的大部分變形能在成形前三個(gè)步驟實(shí)施,最后一個(gè)形成步驟只需要相當(dāng)少的成形力。(見圖3)
圖3:比較在三,四階段成形的力。
關(guān)于成形力,據(jù)分析表明成形的四個(gè)階段先后鍛造階段中,在第三個(gè)階段估計(jì)有40%以上的成形力。最主要的四鍛造成形的前三個(gè)階段成形的一系列步驟中說明了變形程度的比較。(見圖4)
圖4:變形程度比較
由于延長(zhǎng)最后階段的成形過程,刀具和工件的接觸時(shí)間在第三成形階段遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于在第四成形階段所使用的時(shí)間。值得注意的是,所不同的是發(fā)生在周圍的主軸承和次要的輔助軸承,接觸時(shí)間在1.0秒和1.7秒之間的第三階段鍛造,0.7秒至1.0秒之間為第四成形階段的第二階段。隨著第三階段鍛造的開始,曲柄輪轉(zhuǎn)凹進(jìn)去的面積沒有填補(bǔ)之前的形成過程的結(jié)束。因此,在這方面的接觸時(shí)間很短,而四個(gè)階段再成形的接觸時(shí)間顯示在1.0 秒和1.3秒之間。(見圖5)
圖5:接觸時(shí)間的比較。
在第三成形階段,延長(zhǎng)曲軸和基礎(chǔ)工具的接觸時(shí)間導(dǎo)致在在最后的成型階段周圍的區(qū)域需要更高的冷卻溫度。在曲柄的連接部分,比較第三和第四鍛造階段,顯示了第三個(gè)鍛造階段由于工件和刀具的接觸時(shí)間較短導(dǎo)致較高的溫度范圍。(見圖6)
圖6:成形溫度比較
由于增加的成形力,工具的第三階段的磨損大大超過第四階段的磨損。尤其是在圍繞主軸承和輔助軸承(見圖7)面積顯著。這是由于增加的部分冷卻使接觸時(shí)間延長(zhǎng)。這增加了它本體的流動(dòng)應(yīng)力,從而提高零件和工具之間的摩擦負(fù)載。
圖7:刀具磨損的比較
結(jié)論:
基于試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上,很顯然,這兩種是可行的,因?yàn)檠菔炯?jí)數(shù)水平的關(guān)鍵參數(shù),如變形程度不超出φ= 4。為了達(dá)到較低的成形力,在第四階段進(jìn)行有限元分析,結(jié)果對(duì)比表明,應(yīng)減少工具磨損。為了實(shí)現(xiàn)三個(gè)階段序列中的第二個(gè)中間階段,重新設(shè)計(jì)可能會(huì)在必要時(shí)的額外的工作。為了減少在第三鍛造階段的成形力,為第二個(gè)中間階段的材料分配應(yīng)圍繞主軸承和軸承底端少了曲柄連接。這樣接觸時(shí)間接可以減少,周圍的主軸承和中低端軸承冷卻效果。此外,成型速度(目前25毫米/秒)可加速形成,縮短接觸時(shí)間,從而減少了最后的第三個(gè)階段,努力實(shí)現(xiàn)形成鍛造階段。
總結(jié)與展望:
這將是繼續(xù)不斷的研究中,有必要探索可能的應(yīng)對(duì)第一階段生產(chǎn)的楔橫軋毛坯。對(duì)于附帶要素的雙缸曲軸,第一預(yù)形式,可實(shí)現(xiàn)在不同地點(diǎn)的質(zhì)量濃度。在此基礎(chǔ)上,對(duì)楔形橫軋工藝設(shè)計(jì)將進(jìn)行調(diào)整,以確定多楔軋制的潛力
作者附屬于綜合生產(chǎn)漢諾威研究所(IPH的),漢諾威,德國(guó),參觀www.iphhannover.de
參考文獻(xiàn):
[Bro99] Bro6, G.: Entwicklung eines Verfahrens zum Pr鋤isionsschmieden von PKW-Pleueln. Dissertation, Universit鋞 Hannover, Fortschritt-
Berichte VDI, Reihe 2, Nr. 508, VDI-Verlag, Düsseldorf 1999.
[Doe07] Doege, E.; Behrens, B.-A.: Handbuch Umformtechnik – Grundlagen, Technologien, Maschinen. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg
2007.
[Mue08] Müller, S.; Müller, K.: Parameterstudie eines mehrdirektional wirkenden Werkzeugs zum gratlosen Prisionsschmieden einer Zweizylinderkurbelwelle.
In: STAHL, Verlag Stahleisen, o. Jg. (2008), H. 3, S.38-39.
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