端蓋的精密鍛造工藝研究

端蓋是液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵零件之一,是典型的精鍛件,尺寸精度和形位公差要求都很高,其中厚度公差為±0.3mm,外形尺寸公差為±0.5mm,相關(guān)平面的平行度和平面度要求也十分苛刻。
1 工藝難度及重點(diǎn)
    根據(jù)端蓋的成形特點(diǎn),借鑒國(guó)內(nèi)外相關(guān)精鍛件開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn),該產(chǎn)品的技術(shù)難度非常高,主要工藝難點(diǎn)有:(1)鍛件尺寸精度要求嚴(yán)格。(2)鍛件形狀復(fù)雜,高度落差大,鍛造最小圓角僅R1.6mm,模具局部磨損速度快,必須設(shè)計(jì)合理的預(yù)鍛工步才能確保終鍛成形質(zhì)量。(3)鍛件局部細(xì)節(jié)尺寸要求嚴(yán)格,需設(shè)計(jì)合理的切邊精整模具對(duì)鍛件細(xì)節(jié)處進(jìn)行精整,提高鍛件成形質(zhì)量。(4)鍛件形位公差要求苛刻,需增加合理的冷精整工序,確保鍛件形位公差、尺寸公差和機(jī)加輔助定位等精整成形質(zhì)量復(fù)合圖紙要求。
2 工藝制定
    經(jīng)反復(fù)分析論證,最終確定該產(chǎn)品的鍛造工藝路線(xiàn)為:中頻爐加熱-1t模鍛錘制坯、成形預(yù)鍛-6.3MN摩擦壓力機(jī)終鍛-1.6MN螺旋壓力機(jī)整形切邊-正火-噴砂除氧化皮 -6.3MN摩擦壓力機(jī)冷精整。為了保證鍛件尺寸精度、表面質(zhì)量,提高鍛件尺寸穩(wěn)定性和模具壽命,確定了各工步的具體方案。
2.1 中頻爐加熱
    根據(jù)45鋼在Gleeble1500D高溫?zé)崃δM試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行溫度-氧化速率的測(cè)試結(jié)果可知:加熱溫度越高,鍛件表面氧化導(dǎo)致的表面質(zhì)量下降越嚴(yán)重。從氧化皮生成速度看,45鋼加熱溫度不應(yīng)該超過(guò)1200℃?紤]到中頻爐加熱溫度存在20~30℃波動(dòng),因此實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,將45鋼毛坯的加熱溫度由通常的1220℃降低到1130~1150℃,這樣既保證了鍛件表面質(zhì)量,也提高了鍛件的性能。
2.2 1t模鍛錘制坯、預(yù)鍛
    由于鍛件形狀相對(duì)復(fù)雜,局部形狀精細(xì),單工步成形難度大,設(shè)備狀態(tài)波動(dòng)容易導(dǎo)致鍛造缺陷;模具局部受熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng),模具容易過(guò)早回火軟化。因此,在1t模鍛錘上基本實(shí)現(xiàn)鍛件成形,既可減少模具損耗速度,又可以降低終鍛模磨損速度,提高終鍛件尺寸精度。
    預(yù)鍛采用較大的飛邊高度設(shè)計(jì),這樣既可以降低多余材料流出的阻力,又提高了高度尺寸的穩(wěn)定性,比較容易在1t模鍛錘上成形。
2.3 6.3MN摩擦壓力機(jī)終鍛
    終鍛件幾何尺寸和形位公差要求非常嚴(yán)格,因此終鍛模需要非常高的加工精度和導(dǎo)向精度,上、下鑲塊之間的配合精度和導(dǎo)向精度,在充分借鑒精鍛模具設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合生產(chǎn)、設(shè)備的實(shí)際情況,設(shè)計(jì)了具有較好工藝性和通用性的6.3MN摩擦壓力機(jī)模架;(1)采用對(duì)角雙導(dǎo)柱保證模具運(yùn)動(dòng)時(shí)良好的導(dǎo)向精度;(2)采用安裝定位面與夾緊楔塊的方式,實(shí)現(xiàn)模具的有效緊固,避免周期性載荷沖擊造成的模具松動(dòng)影響鍛件精度。
2.4 1.6MN螺旋壓力機(jī)切邊及整形
    此鍛件的上、下表面的平面度和局部細(xì)節(jié)尺寸要求很高。因此,為了防止切邊的時(shí)候產(chǎn)生變形,工藝組采用了刨切的工藝。模架具體運(yùn)動(dòng)過(guò)程:壓力機(jī)滑塊下行,活動(dòng)上模接觸鍛件后便不再運(yùn)動(dòng),切刀繼續(xù)下行完成切邊工作,滑塊上行,退料板退出飛邊,活動(dòng)上模歸位,切邊結(jié)束。在此過(guò)程中,鍛件由于上部彈簧的壓力而被抱緊,因此這個(gè)過(guò)程帶來(lái)的形變微乎其微,保證了鍛件的精度要求。
3 鍛造工藝有限元分析
    鍛造工藝數(shù)值模擬技術(shù)是一種較為先進(jìn)的成形工藝分析與優(yōu)化技術(shù),能使工藝設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷,提高設(shè)計(jì)可靠性和準(zhǔn)確性。項(xiàng)目組用Pro/EWildfire2.0進(jìn)行了端蓋鍛件及模具的3D建模,然后利用DEFORM-3D v6.1進(jìn)行工藝的數(shù)值模擬,確保投入試制之前工藝方案的可靠性,使成形工藝參數(shù)趨于最優(yōu)化。
4 工藝的優(yōu)化
   (1)實(shí)際鍛造遇到的問(wèn)題。由于終鍛上模沖頭斜度過(guò)小,鍛件本身要求的圓角很小,模具根部很容易出現(xiàn)裂紋,因此本身要求的圓角很小,模具根部很容易出現(xiàn)裂紋,因此模具壽命相對(duì)較低,從而降低了生產(chǎn)效率,增加了修模成本。
   (2)改進(jìn)措施。除對(duì)模具進(jìn)行有效強(qiáng)化外,從工藝設(shè)計(jì)方面也做了相應(yīng)改進(jìn),將終鍛模上鑲塊的沖頭改為小法蘭結(jié)構(gòu),當(dāng)抽頭磨損嚴(yán)重時(shí)可直接替換,不需要重做整個(gè)模具鑲塊,這樣就大大減少了模具費(fèi)用方面的損失。為保證鑲塊的穩(wěn)定性,沖頭和鑲塊采用過(guò)盈配合,并且沖頭和內(nèi)孔采用數(shù)控模具加工,在最大程度上增加模具精度,避免配合偏差。
    為了更好的脫模,在整修壓力機(jī)的基礎(chǔ)上,采用了Fuchs645F代替普通石墨作為鍛造潤(rùn)滑劑,配比比例為1:6,這種潤(rùn)滑劑有很好的脫模和冷卻效果,并且采購(gòu)了專(zhuān)用的潤(rùn)滑冷卻設(shè)備,該設(shè)備可以保證潤(rùn)滑液噴涂的均勻性和有效性。這樣就有效地避免了粘模情況的發(fā)生,降低了模具的損耗,有效提高了模具壽命。

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