辊锻工艺在扳钳工具生产中的应用_金文明.pdf

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1、1998 年吉 林 工 业 大 学 学 报Vol.28第 2 期JOURNAL OF JILIN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY总第 90 期收稿日期:1997-11-25金文明,男,1962 年 6 月生,助理研究员辊锻工艺在扳钳工具生产中的应用金文明 姜维林 金明华 张天鹏 何东野(辊锻研究所)摘 要 阐述了辊锻工艺在扳钳工具生产中的应用。并以 350 mm 管子钳钳柄的辊锻工艺为例说明了在具体应用中的模具设计、计算方法及在生产实践中的考验结果。关键词 管子钳 辊锻工艺 应用管子钳是扳钳工具中的一种,广泛应用在水暖和石油行业中。采用辊锻工艺生产与现在工厂中采用的老工艺相比

2、,有提高生产率、降低材料消耗、提高锻件质量等优点。本文以 350 mm 管子钳钳柄设计计算为例说明辊锻工艺在扳钳工具生产中的应用。1 管子钳钳柄辊锻工艺过程设计、计算分析在 D42-400 辊锻机上完成所有道次的辊锻。该机公称直径 =400 mm;辊身直径图 1 辊锻模具安装形式Fig.1 Installation form of roll forging diec=260 mm;锻辊可用长度 L=400 mm;模具安装形式为环形槽固定形式,见图 1。根据由工厂提供的锻件图见图 2 制定辊锻件图,要求辊锻件与最后成型模膛匹配合理。111 零件工艺分析,制作辊锻件图分模面确定在水平面上。由于辊锻

3、工艺的特点与模锻工艺有所不同,开始咬入的瞬间,当模具表面与工件表面之间的摩擦系数 f 大于咬入角的正切时,工件才能被咬入。前壁角必须大于 20 b时才能顺利出模。考虑到没有同步送料机构等因素,将模具的模膛大头开通(即模膛前壁开通),并合理设计大头前段毛坯高度尺寸,使之实现中间咬入。为了防止辊锻过程中产生刮伤,成型辊锻模膛前壁的圆角半径均适当加大。为了保证在摩擦压力机上终成型时镦粗成型,使初成型辊锻后的毛坯在高度方向的尺寸略有增加,而宽度尺寸稍有减小,这样还可以使之放入终成型模膛时定位准确。)98)图 2 350 mm 管子钳钳柄锻件图Fig.2 Forging drawing of 350 m

4、m pipe-pliers112 截面图及体积分配我们将钳柄锻件图分成二十几个典型截面,每个截面都选在截面变化的拐点处,绘制成截面图,如图 3 所示。用线段来表示截面面积的大小,除以同一比例,从同一水平线上做出各典型截面面积的相应值如下h=FM(1)式中 h 为截面图上相应位置点的高度;F 为相应位置截面面积;M 为单位长度上的截面积,取 M=10 mm2/mm。将这些点圆滑连接成截面图,其面积乘以 M 即是锻件的体积。根据截面图计算:体积 V=69607 mm3;重量 G=LV=0.55 kg (L为材料的比重,取L=7.85 kg/dm3)。根据以上研究和计算确定了体积分配(见表 1)和最

5、大最小截面部位(见表 2)。图 3 辊锻件截面图Fig.3 Section drawing of roll forging表 1 350 mm 钳柄体积分配Table 1 Assignment of 350 mm pipe-pliers volume部位 大 头中间部位杆 部钳柄整体体积 mm317977262932533769607重量 kg01141012060119901546占总体百分比%251937183613-表 2 最大最小截面所在部位Table 2 Place of maximum and minimumsection drawing最大面积 最小面积 面积比截面面积mm269

6、11915412415所在部位 大头杆部-113 确定原始毛坯尺寸及辊锻道次(1)原始毛坯尺寸)99)F=KZFmax=968.7 mm2式中 F 为毛坯截面面积;KZ为截面增加系数,取 KZ=1.35;Fmax为锻件最大截面面积,由截面图得 Fmax=691.9 mm2。d=4FP=34.48 mm式中 d 为毛坯截面直径,取原始毛坯直径 d0=34 mm,则原始毛坯截面面积 F0=907.9mm2L=V0F0=V(1+D)(1+Kf)F0=89.9 mm式中 L 为毛坯长度;D为烧损系数,取 D=2%;Kf为毛边体积系数,取 Kf=0.15;取原始毛坯长度 L0=90 mm。(2)确定辊锻

7、道次 nn=lgKZlgKp=3.3式中 KZ为总延伸系数,KZ=F0/Fmin=5.9,Fmin为锻件最小截面面积,由截面图得 Fmin=154.2 mm2;Kp为平均延伸系数,取 Kp=1.7。根据类似锻件辊锻生产实践选取 n=3。114 模膛形状的设计模膛形状是根据各道次的辊锻毛坯确定的,因此首先要按照辊锻工艺的特点设计计算好各道次辊锻毛坯的形状,然后才能确定模膛的形状和尺寸。(1)第三道辊锻毛坯的计算由辊锻件图加上冷缩率制成热辊锻件图(其中冷缩率取 D=1.2%),根据热辊锻件图的尺寸确定型槽尺寸,其中宽度和深度尺寸按热辊锻件图尺寸确定,长度尺寸确定要考虑到辊锻时存在的前滑现象,即要想

8、得到所需要的辊锻件长度,就必须将相应型槽长度减少一个前滑值,取前滑值 S=4%设计模膛长度,待试验时修整。(2)第二道辊锻毛坯计算第一道和第二道辊锻称为制坯辊锻,制坯辊锻的主要任务是合理分配金属,以便以最少的辊锻道次辊出形状尺寸合理的毛坯。在设计制坯辊锻毛坯前,先将钳柄锻件划分成三个特征段,求出各段锻件及飞边体积,根据各特征段的几何形状,金属流动成形特点、成形难点及辊锻时毛坯咬入顺序,分别按划分的特征段逐个进行设计,取前滑值 S=5%。(3)第一道辊锻毛坯计算第一道制坯辊锻的特点不同于其它道次的辊锻。本道次辊锻既要找出一个形状尺寸比较合理的原始毛坯,又要为以后各道次辊锻大致完成金属的体积分配,

9、还要与选用的原材料匹配合理。第一道辊锻后的毛坯进入第二道辊锻时要翻转 90b,要求不能产生毛边,否则第二道辊出后金属产生折叠。另外原始坯料进入第一道辊锻,第一道毛坯进入第二道辊锻的延伸率及截面变化率分配还要尽可能均匀,所以第一道毛坯尺寸需要严格计算,计算的工作量是相当大的。但利用计算机可以解决这个问题。为了使设计更加合理,需要变换很多系数,计算很多截面,最后选取最合适的两个截面进行绘图,并用其它截面校核,选定的两个截面计算结果见表 3。)100)表 3 计算结果Table 3 Calculated results尺寸类别-截面-截面计算值选取值计算值选取值型槽高度 hk(mm)19.5919

10、17.3617 型槽理论宽度 bk(mm)49.0348 55 53 圆弧半径 Rk(mm)35.5834 47.946 型槽实际宽度 bz(mm)46.8446 52.3252 辊锻后坯料宽度 ba(mm)42.1240 44 42 坯料截面面积 F1(mm2)620.4 626.6609.3 614.2115 模具尺寸的确定图 4 模具简图Fig.4 Die simplified drawing(1)型槽深度尺寸HR=Hh-Hz2式中 Hh为锻件或毛坯高度;Hz毛边高度;HR为型槽深度。(2)型槽宽度尺寸型槽宽度尺寸基本与毛坯图一致,只有第一道辊锻模具要求辊出后不出毛边,所以模具型槽尺寸大

11、于毛坯尺寸(已在计算中给出)。(3)型槽长度尺寸LR=L1+S式中 L 为辊锻毛坯相应部分的长度;LR为型槽相应部分的长度;S 为前滑值。辊锻模具是具有一定工作直径的圆弧型模块。实际上,型槽的长度是由各对应的弧长组合起来的。在圆弧形模块中的型槽各部分长度用其所对应的中心角 H表示H=LRRj式中 LR为型槽的弧长;H为所对应的中心角;Rj为计算半径。Rj=R-(Hj/2+HR)在有斜度的圆弧过渡区或范围内,HR取中间值。为了加工制造模具方便,将各部位长度用对应的中心角表示,再分别计算出它们在分模面上所对应的弧长和弦长。(4)模块尺寸的确定模块厚度 h 根据辊锻机的公称半径R 和辊身半径r 确定

12、,h=R-(r+Hz/2),其它尺寸按常规设计方法设计。2 生产试验及小批量生产考验将根据上述设计、计算制造的模具在工厂进行了生产试验,经过调试后生产出了合格)101)锻件。辊锻各工步及经终成型后的图 5 350 mm 钳柄辊锻各工步及终成型后的锻件Fig.5 350 mm pipe-pliers roll forging350 mm 钳柄锻件见图 5。试验中生产出的锻件虽然是合格的,但也发现了一些问题。第三道辊锻模膛长度方向尺寸偏长,生产出合格锻件是因为模膛后壁开通有多余金属来充满模膛。经过几次试验,确定了前滑值应取 S=7.3%811%,这样就可以将模膛后壁封闭,封闭时将模膛后端尺寸在长度

13、方向加大了 3 mm,以便有一定量的金属来消除由于模膛表面粗糙度、润滑条件及温度对前滑即锻件长度的影响。另外还发现第二道辊锻模膛高度尺寸偏小,而宽度尺寸偏大,导致第三道辊锻成型后的毛边较大,这要在制造生产用模具时修整。修整后将对节约原材料和第三道成型都有好的影响。经过小批量生产考验证明:用辊锻工艺生产管子钳钳柄的初成型毛坯,再在摩擦压力机上终成型是可行的,与原来使用空气锤制坯再用摩擦压力机成型的工艺相比,具有可节省材料消耗、提高生产率、提高模具寿命、锻件内部流线分布合理、表面没有折叠现象等优点,同时改善了工人的劳动条件,有利于文明生产和实现自动化生产。参 考 文 献1 傅沛福1 辊锻理论与工艺

14、1 长春:吉林人民出版社,19822 张承鉴等1 辊锻技术1 北京:机械工业出版社,1986Application and Research of Roll Forging Technologyto the Production of Spanner and PliersJin Wenming Jiang Weilin Jin Minghua Zhang T ianpeng He Dongye(Roll-Forging Research Institute)Abstract The application of roll forging technology to the production of the spanner and thepliers is expounded in this paper.Die design,calculation method and test results in the realiapplication are stated with roll forging technology of the handle of 350 mm pipe-pliers as anexample.Key words pipe-pliers,roll forging technology,application)102)