錘鍛模設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題

馬明

【摘 要】運(yùn)用自由鍛造技術(shù)，采用無(wú)模具、小噸位鍛造設(shè)備，是解決小批量偏心軸類鍛件的生產(chǎn)問(wèn)題一種方式，雖然增加了鍛造難度，但大大降低了制造輔助模具生產(chǎn)的費(fèi)用，在鍛造生產(chǎn)過(guò)程中有很好的應(yīng)用性。

【關(guān)鍵詞】錘鍛模設(shè)計(jì)；自由鍛造；成本

一、前言

鍛造技術(shù)是機(jī)械制造工業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)，是先進(jìn)設(shè)備制造技術(shù)的重要組成部分，鍛造技術(shù)在交通運(yùn)輸、工程機(jī)械、農(nóng)機(jī)機(jī)械以及國(guó)防工業(yè)等大型動(dòng)力機(jī)械設(shè)備的制造上，應(yīng)用非常廣泛，特別是在飛機(jī)、造船、電力等工業(yè)中，鍛件一直是不可或缺的關(guān)鍵部件。自由鍛造則是鍛造技術(shù)中的重要方面，由于自由鍛造對(duì)操作者有較高的技術(shù)要求，在鍛造行業(yè)中所占比例較低，僅占20%左右，但自由鍛造技術(shù)一直隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，發(fā)揮著重要作用。軸類鍛件就是其中之一。軸類鍛件是機(jī)械設(shè)備中重要的關(guān)鍵部件之一，同心軸的鍛造工藝比較成熟，但大型偏心軸的鍛造由于生產(chǎn)批量較小，采用模鍛，模具制造成本非常高，在小批量生產(chǎn)中，采用自由鍛造技術(shù)就很有利，雖然勞動(dòng)強(qiáng)度大，但鍛造成本卻比模鍛低很多，這也自由鍛造技術(shù)長(zhǎng)期存在下去的一個(gè)重要方面。下面用實(shí)例對(duì)偏心軸的鍛造技術(shù)參數(shù)和工藝進(jìn)行解析。

二、鍛件技術(shù)參數(shù)

鍛件材質(zhì)：40Cr；鍛件重量：1331kg。毛坯料重量（包含火耗、芯頭、鋸口）：1438kg。在這里提一下，一般大型軸類鍛件的火耗占坯料的3-5%，芯頭和臺(tái)階余面占坯料的2%左右，鋸切下料的損耗占坯料的0.6%，由此可計(jì)算出鍛件所需坯料的重量。由于加熱時(shí)間長(zhǎng)，坯料表面產(chǎn)生氧化皮層厚，因此選用準(zhǔn)440坯料，確定毛坯料尺寸：準(zhǔn)440×1205mm。

三、鍛件工藝分析

（一）鍛造設(shè)備的選用

確定鍛造設(shè)備噸位關(guān)系著鍛件質(zhì)量和成本以及操作人員的勞動(dòng)條件，是制定鍛造工藝的重要環(huán)節(jié)，但選擇恰當(dāng)?shù)腻懺煸O(shè)備是一件非常復(fù)雜和困難的工作，通過(guò)單一的理論計(jì)算可能會(huì)導(dǎo)致鍛造載荷的計(jì)算值同實(shí)際使用設(shè)備的能力誤差較大，因此，許多企業(yè)按照各自長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選擇鍛造設(shè)備。按照鍛造經(jīng)驗(yàn)，此鍛件可選擇3T或5T自由鍛錘，并選用5T鍛造翻轉(zhuǎn)機(jī)。

（二）輔助工具

輔助工具是鍛造過(guò)程不可或缺的工具，在自由鍛過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)用到下圓弧砧（利于摔圓），臺(tái)階壓鐵、摔子，采用下圓弧砧有利于偏心軸在鍛造時(shí)的旋轉(zhuǎn)，摔圓。

（三）溫度控制

鍛造溫度在：1200-830℃之間；鍛造火次：一火。

四、鋼坯的加熱

鋼坯的加熱是為了提高金屬的塑性，降低變形抗力，有利于金屬變形，從而獲得良好的鍛后金相組織。在加熱過(guò)程中，金屬的組織結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能會(huì)隨著加熱溫度的變化而變化，坯料加熱不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生表面脫碳、過(guò)熱過(guò)燒、裂紋等缺陷。因此，鍛件的加熱必須按正確的加熱規(guī)范去進(jìn)行，小型鍛件一般可直接高溫裝爐加熱至鍛造溫度，但直徑大于350mm的鍛件，必須在爐溫低于500℃以下裝爐，并保溫2小時(shí)才可緩慢升溫，至800℃時(shí)需再次保溫1時(shí)，以便坯料內(nèi)、外層溫差分布均勻，使金屬相變能夠充分進(jìn)行，順利通過(guò)金屬“紅脆區(qū)”，經(jīng)過(guò)保溫后，可快速加熱至鍛造溫度，并進(jìn)行1小時(shí)的保溫，使鋼料熱透，保證內(nèi)、外溫度一致，方可進(jìn)行鍛造。

鍛錘采用下砧為圓弧砧，動(dòng)力頭用平砧錘頭進(jìn)行鍛造，有利于坯料進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，用摔子對(duì)圓軸進(jìn)行摔圓。具體如下：①由于加熱時(shí)間長(zhǎng)，坯料表面氧化層厚，表層會(huì)出現(xiàn)輕微脫碳現(xiàn)象，鍛造時(shí)需先將準(zhǔn)440尺寸處進(jìn)行輕微鍛打，去除氧化皮后，再進(jìn)行鍛造。先對(duì)中部按尺寸兩側(cè)同時(shí)壓痕，壓痕深度不大于20mm。②中部偏心處兩側(cè)壓痕后，用壓鐵切肩，只壓偏心上半部分，鍛造時(shí)，開始只對(duì)切肩部位做半圓旋轉(zhuǎn)進(jìn)行鍛造，待鍛出偏心后，再進(jìn)行整圓鍛造。

軸的加工過(guò)程應(yīng)該注意基準(zhǔn)的選擇，基準(zhǔn)可分為：粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)。在粗車外圓時(shí)，應(yīng)選則粗基準(zhǔn)；在精車外圓時(shí)應(yīng)選擇精基準(zhǔn)。下面就可以按照軸類零件的加工工藝路線圖來(lái)加工：粗車外圓時(shí)，夾取一端，并且使端面靠緊三爪夾盤底端凸臺(tái)，粗車一端外圓，平端面，掉頭，粗車另一端外圓，平端面；調(diào)質(zhì)處理，將粗車完的軸進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理；車兩端面，將軸一端夾緊，車一端端面，并打中心孔，掉頭，車另一端端面，打中心孔；精車外圓，夾緊一端，精車外圓，掉頭，精車另一端；銑平面，將精車后的軸轉(zhuǎn)到銑床前，夾緊后，銑平面（過(guò)油面）；表面中頻處理，進(jìn)行軸的表面中頻處理，增加軸的表面硬度，使軸具有較高的耐磨性；低溫回火，主要是為了消除軸的內(nèi)部殘余應(yīng)力，防止軸因?yàn)閮?nèi)部應(yīng)力而裂開；磨外圓，將磨床的頂尖頂?shù)捷S的中心孔上，開始磨軸，一定要保證軸的精度；切槽、倒角，為了軸安裝方便，在軸的兩端必須切槽、倒角；鉆銷孔，銷孔的作用主要是裝配完后，為了確保軸與其他零件不能同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)而設(shè)計(jì)的，起到固定軸的作用；在加工過(guò)程中比較困難，屬于在回轉(zhuǎn)體零件上鉆孔，最加工工藝要求十分嚴(yán)格，必須保證兩銷孔之間的距離，因此，需要設(shè)計(jì)一套工裝夾具來(lái)保證加工精度，工裝夾具的設(shè)計(jì)，將會(huì)在下一章主要分析和設(shè)計(jì)；最后一道工序，清洗、涂防銹油即可入庫(kù)或者直接裝配。

五、軸的鉆孔工裝夾具設(shè)計(jì)

考慮設(shè)計(jì)要求與零件的加工工序，應(yīng)該大致想出基本設(shè)計(jì)思路，在加工軸時(shí)，設(shè)計(jì)固定軸的零件，即V形塊；固定V形塊的零件，即底板、鍵；而在加工時(shí)需要保證加工精度，那么必須設(shè)計(jì)定位滑塊、定位螺紋塊；其他輔助零件也不能缺少，例如：壓板、螺柱、螺栓等。

（一）T形槽底板

為了更好地便于加工，設(shè)計(jì)一件與機(jī)床工作臺(tái)連接的T形槽底板。設(shè)計(jì)T形槽底板時(shí)應(yīng)按部就班，首先，應(yīng)設(shè)計(jì)T形槽底板的大小，因此需要量取機(jī)床的工作臺(tái)的大小，經(jīng)量取工作臺(tái)的長(zhǎng)為1250mm，寬750mm，按照工作臺(tái)的長(zhǎng)和寬，計(jì)劃設(shè)計(jì)T形槽底板長(zhǎng)1000mm，寬640mm，其次，由于底板需要加工T形槽，用來(lái)連接V形塊等其他零件，所以需要T形槽的厚度增加，計(jì)劃設(shè)計(jì)厚度（高度）為70mm。最后，T形槽底板與工作臺(tái)連接需要鉆螺紋孔，測(cè)量工作臺(tái)上的螺紋孔為M20，并且大致量取工作臺(tái)上的兩螺孔之間的距離為320mm，設(shè)計(jì)時(shí)，盡量將T形槽底板固定在工作臺(tái)中間位置。

（二）V形塊

V形塊的設(shè)計(jì)是十分重要的，本節(jié)，我們將重點(diǎn)的講解V形塊的設(shè)計(jì)。對(duì)于V形塊的設(shè)計(jì)，有著很嚴(yán)的要求，下面，我們就通過(guò)以下幾個(gè)方面來(lái)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)V形塊，并且需要了解設(shè)計(jì)V形塊時(shí)要注意的各種問(wèn)題。

我們可以看出，在設(shè)計(jì)V形塊時(shí)，應(yīng)該充分考慮所要加工軸的直徑，當(dāng)軸的直徑越大，為了防止軸在V形塊上跳動(dòng)過(guò)大而起不到固定的作用，不得不將V形塊的高度H加大，來(lái)更好的固定軸。V形塊與底板固定應(yīng)該用螺栓連接，但是V形塊可能會(huì)在底板活動(dòng)，為了防止V形塊活動(dòng)，必須設(shè)計(jì)一個(gè)零件將V形塊固定，我們想到了可以在V形塊底面開個(gè)鍵槽，將V形塊與底板連接，用鍵來(lái)固定。

六、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)改進(jìn)模具，保證了鍛件能夠一次性打靠，使產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到要求。該鍛件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 賴思琦. 基于DEFORM的甘蔗破碎機(jī)錘桿鍛造工藝分析及模具設(shè)計(jì)[J]. 模具工業(yè)， 2016， 42（10）：63-66.

[2] 戴全春， 李志廣， 胡豐澤，等. 凸輪軸高緊湊鍛模優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 模具制造， 2017， 17（5）：64-66.

[3] 陳義紅， 楊凌平. 鍛模設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中的成本意識(shí)[J]. 模具制造， 2016， 16（3）：63-67.