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彎頭知識

等徑三通管接頭多向模鍛成形工藝設計與試驗研

作者:孟村彎頭 時間:2019-07-24 10:14
1、工藝過程路線
       本課題采用多向模鍛工藝成形DN25型等徑三通管接頭,其鍛件圖的設計參見第3章。由于該鍛件尺寸較大,需采用熱鍛成形工藝,從而能夠實現在較小噸位的模鍛設備上成形等徑三通管接頭。根據多向模鍛工藝的特點和等徑三通管接頭鍛件的形狀特征,制定模鍛工藝過程路線為:下料→加熱→多向模鍛成形,可以省去普通模鍛工藝路線中的預鍛工序,并且能夠實現在一次加熱下完成等徑三通管接頭的成形。
2、試驗設備與模具結構
2.1試驗設備
      根據上文所制定的模鍛工藝過程路線,并參照4.2章節的承插彎頭分模鍛造成形工藝的設備選擇方法,選用以下試驗設備。
     (1)下料方式及設備:采用帶鋸下料方式同時對多根棒料進行鋸切,所用設備為臥式帶鋸床,如圖4-1(a)。
     (2)加熱方式及設備:采用中頻感應加熱方式,所用設備為Φ70中頻感應加熱爐,如圖4-1(b)。
     (3)鍛造設備:采用JA31-400型閉式單點壓力機(圖4-1(c)),裝載杠桿式多向模鍛專用模架進行等徑三通管接頭多向模鍛成形。
2.2杠桿式多向模鍛模具結構
       圖4-6為杠桿式多向模鍛模具結構及工作原理圖。如圖4-6所示,活動模座14安裝在下模座1內,兩者之間設有彈性元件16,該彈性元件可以為彈力橡膠或彈簧。連接杠桿4的一端通過銷軸3和銷軸壓塊13連接并形成回轉副,銷軸滑塊13固定在下模座1上。連接杠桿的另一端通過銷軸12和沖頭底座5連接,并形成回轉副。沖頭底座5與活動模座14之間以鍵與鍵槽的形式組成水平方向上的移動副。垂直沖頭19和水平沖頭11分別安裝在三個沖頭底座上。工作時,將該模具安裝在閉式單點壓力機上,在開模狀態時將加熱的毛坯放入鑲嵌在可分凹模9中的芯模10內。啟動壓力機,可分凹模9以及芯模10合并,并與水平沖頭11和垂直沖頭19組合成閉合的形腔。隨著壓力機滑塊的進一步下行,閉合的可分凹模9對活動模座14施加壓力,使活動模座14壓縮彈性體16,從而使閉合的可分凹模整體往下運動,與此同時,部分壓力通過連接杠桿3和沖頭底座5傳遞給各沖頭,使得沖頭對坯料施加壓力,最終成形所需鍛件。壓力機回程時,在彈性體的作用下,合并的可分凹模9上移,在連接杠桿3和沖頭底座5的作用下,沖頭后撤。隨壓力機滑塊進一步上行,可分凹模開模,取出鍛件。該模具可以由多組杠桿機構組成,通過連接杠桿的運動實現多向模鍛,適用于生產三通、四通等管接頭。
杠桿式多向模鍛模具結構及工作原理圖
3、工藝過程參數
       為保證等徑三通管接頭多向模鍛成形工藝的順利進行,本試驗需確定以下工藝參數:坯料材料、尺寸與初始溫度,坯料與模具間的潤滑條件,模具材料及預熱溫度和沖頭的運動路徑。
      (1)根據產品的要求,選用25鋼成形等徑三通管接頭,將坯料加熱到始鍛溫度1150℃,從而有效降低成形力和提高產品合格率。
      (2)根據熱鍛件尺寸,計算其熱鍛件體積為V鍛=96761.1mm3,由于采用中頻感應加熱方式進行坯料加熱,金屬的火耗率通常為0.5%~1.0%,根據方程(4-1)計算坯料體積范圍為97244.9mm3≤V坯≤97728.7mm3
       根據鍛件形狀以及GB/T702-2008 ,選用d坯=φ40mm圓鋼。根據方程(2)計算其坯料長度范圍為77.4mm≤L坯≤77.8mm。確定坯料的尺寸為φ40mm×77.6+0.2-0.2mm。
      (3)參照承插彎頭分模鍛造成形的潤滑劑和潤滑方式的選擇方法,等徑三通管接頭多向模鍛成形過程所采用的潤滑劑為石墨水懸浮乳液,潤滑方式為噴涂于模具上,摩擦系數約為0.1376。
      (4)選擇合理的模具材料,保持良好的模具預熱,能夠有效的提高模具的使用壽命,降低模具費用的投入。本課題充分考慮批量生產等徑三通管接頭的要求,選用H13熱作模具鋼,預熱溫度為300℃。
      (5)本試驗所采用的杠桿式多向模鍛模具結構中,運用了三個相同尺寸的連接杠桿實現三個沖頭的同時同速運動,從而實現在第3章所介紹的三向同步運動路徑下成形等徑三通管接頭。
4、試驗結果分析
       圖4-7為分別通過普通模鍛成形的實心等徑三通管接頭鍛件和通過多向模鍛成形的帶孔型等徑三通管接頭鍛件以及有限元模擬鍛件圖。通過對比有限元模擬所得等徑三通管接頭鍛件(圖4-7(a))與試驗所得等徑三通管接頭鍛件(圖4-7(b)),可以看出模擬結果與試驗結果非常相近。從圖4-7(b)可以看出,運用上文所設計的等徑三通管接頭多向模鍛成形工藝能夠獲得合格的帶有孔型的等徑三通管接頭鍛件,說明本試驗所設計的杠桿式多向模鍛模具結構及所用設備能夠提供足夠的成形力以及合模力,保證良好的鍛件填充效果,并且驗證了工藝參數及工藝方案的合理性。僅在鍛件邊緣部位出現厚度約為1.2mm的飛邊,相比采用普通模鍛工藝成形實心鍛件(圖4-7(c))的飛邊厚度6mm小得多。并且,采用多向模鍛成形的空心鍛件的重量約為837.3g,比實心鍛件節約了16.7%的材料,充分體現出多向模鍛成形三通管接頭的優越性。
有限元模擬所得等徑三通管接頭鍛件和試驗所得等徑三通管接頭鍛件
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