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1、图5制品变形预补偿模型4风扇注射模设计风 扇 模 具 的 设 计 工 作 是 应 用U G I I软 件 的M o l d w i z a r d模块来完成的。 当对预补偿C A D模型的缩水率( 收缩率) 设置好后, 即可构造分模曲线与分模曲面, 对型腔进行体积分割。选用M o l d w i z a r d模块提供的标准模架, 添加顶料杆、 定位环、 主流道衬套、 导柱、复位杆等标准件, 再开设冷却系统与浇注系统。完成后的风扇注射模装配图如图6所示 2 。5结束语利用收缩变形和翘曲变形同时进行了变形预补偿的模型再次设计并制造出的模具, 试模时间大大缩短,且不良尺寸较前一次模具成型的制品大幅
2、减少。仅经过两次小幅修模便通过了客户的质量审核, 制品合格率为9 9 . 5 %。在成型物料与注射工艺条件都确定的情况下, 变形预补偿不失为降低注射制品变形的一种有效方法。图6风扇注射模装配图1 .定模座板2 .定模板3 .制品4 .定位环5 .主流道衬6 .定模型腔镶块7 .冷却水道8 .顶板9 .导套1 0 .导柱1 1 .支撑块1 2 .复位杆1 3 .顶杆固定板1 4 .推板1 5 .动模座板1 6 .顶杆1 7 .动模型芯1 8 .动模板6参考文献 1 左大平等.关于P A 6 6 / G F 3 0制品翘曲变形的研究 J .工程塑料应用,2 0 0 5, (1 2) 2 左大平等.
3、 C A D技术在风扇注射模具设计中的应用 J .模具工业,2 0 0 6, (2)双耳托板自锁螺母冷镦工艺及模具设计信阳航天标准件厂( 河南信阳4 6 4 0 0 0)王修保【 摘要】 详细介绍了双耳托板自锁螺母冷镦技术的特点。对双耳托板自锁螺母进行了工艺分析、 制订了冷镦工艺路线、 计算了毛坯尺寸等。 根据实践经验总结了毛坯的制备处理、 冷镦模具结构设计及加工技术要求。关键词: 双耳托板自锁螺母; 冷镦工艺; 模具结构T e c h n o l o g yA n a l y s i sa n dD e s i g no fC o l d - F o r g i n gD i ef o rt
4、 h eA n c h o rL o c k i n g - N u t sw i t hT w o l u g【A b s t r a c t】T h ec h a r a c t e r i s t i c s o f t h ea n c h o r L o c k i n g - n u t sw i t ht w o l u gc o l d - f o r g i n gt e c h n o l o g yw a s i n t r o d u c e di nd e t a i l . T h et e c h n o l o g i c a l a n a l y s i s
5、 w a s c o n d u c t e d , t h ec o l d - f o r g i n gt e c h n o l o g yw a s f o r m u l a t e d , a n dt h e b l a n kd i m e n s i o nw a s c a l c u l a t e df o r t h e a n c h o r l o c k i n g - n u t s w i t ht w o l u g .T h ep r e p a r a t i o nt r e a t m e n t o f t h eb l a n k , t h
6、 es t r u c t u r ed e s i g no f t h ec o l d - f o r g i n gd i ea n dt h em a n u f a c t u r i n g t e c h n i c a l r e q u i r e m e n t s w e r e g e n e r a t e db a s i n g o np r a c t i c e e x p e r i e n c e .K e yw o r d s : a n c h o r l o c k i n g - n u t s w i t ht w o l u g;c o l
7、d - f o r g i n g t e c h n o l o g y;d i e s t r u c t u r e1引言托板自锁螺母是航空航天领域最常用的一类自锁螺母, 具有重量轻、 安装部位特殊、 使用方便等特点, 被广泛应用。!由于双耳托板自锁螺母在航空、 航天类产品上优先选择, 因此需求量很大。但国内对该类托板自锁螺母的加工主要采用板料拉伸、 预加工台阶料或预加工球状料再深加工等加工方法, 存在工艺落后、 产品质量差、 材料单耗高、 劳动强度大、 生产效率低、 废品率高等缺点, 无法满足客户大批量采购的要求, 在多年实践和变革的基础上, 我们成功实现了托板自锁螺母及托板螺钉类零件
8、的一次冷镦成形, 满足了客户的需求。2工艺分析图1所示双耳托板自锁螺母规格为M 6 1 m m, 材料为M L 3 0 C r M n S i A钢。图1零件图国内加工此类自锁螺母主要采用的加工工艺路线分为如下3种:(1) 第1种为板料加工: 备料-下料-冲裁-滚光- -润滑-拉伸-退火-喷砂-润滑-拉伸-挑裂-车加工-切边-去毛刺-攻丝-收口( 获得锁紧力矩)-热处理( 淬火)-喷砂-探伤-表面处理-机械性能试验。此种工艺路线的缺点是:工艺路线长, 生产周期长, 批量生产能力有限;合金钢板材拉伸困难, 易出现拉伸裂纹和折边, 易拉伤模腔, 且需要良好的润滑和多次拉伸, 成形困难;拉伸后需装夹
9、圆柱部位,车加工台阶孔, 易装夹变形, 导致收口困难,最终导致锁紧力矩不稳定。(2) 第2种为棒料加工: 备料-车加工( 车成台阶轴)-退火-喷砂-润滑-正挤-退火-喷砂-润滑-正挤-车加工( 包括车端面及钻、 扩、 镗螺纹底孔等)-切边-去毛刺-攻丝-收口 ( 获得锁紧力矩)-热处理( 淬火)-喷砂-探伤-表面处理-机械性能试验。此种工艺路线的缺点是:需要采用直径较大的棒材, 材料机加工切削量较大, 生产成本高;成形困难, 需要采用大吨位机床设备, 设备费用高;需要增加多道中间退火工序, 生产成本高, 生产周期长;模具损耗较大;金属流线不完整, 托板螺母两耳易折断, 质量较差。(3) 第3种
10、为线材加工: 备料-初镦( 镦球)-退火-喷砂-润滑-终镦( 拍扁)-退火-喷砂-车加工( 包括车端面及钻、 扩、 镗螺纹底孔等)-切边-去毛刺-攻丝-收口( 获得锁紧力矩)-热处理( 淬火)-喷砂-探伤-表面处理-机械性能试验。此种工艺路线的缺点是:工艺路线长, 生产周期长;初镦时, 初镦球料的形状要求很高, 否则终镦后零件易沿分模面开裂, 废品率较高, 产品质量不稳定;机床的吨位要求较高, 设备费用高, 模具易损坏;需要增加多道中间退火工序, 生产成本高。随着用户对产品质量的要求越来越高,航空、 航天产品对产品质量的可靠性要求越来越严, 旧的生产工艺越来越不适应新形势、 高发展的要求。经过
11、探索、实践和革新, 改进了加工方法, 制订了新的加工工艺路线: 备料( 丝材)-冷镦( 三工位)-冲孔-切边-攻丝-收口( 获得锁紧力矩)-热处理( 淬火)-喷砂-探伤-表面处理-机械性能试验。图2为加工工序简图。图2工序简图a冷镦(工位: 初镦;工位: 终镦( 拍扁) ;工位: 挤孔)b冲孔c切边d攻丝e收口此种工艺路线的优点是:(1) 在3工位冷镦机上一次性镦制成形, 工艺路线短, 生产周期短, 自动化程度高, 可大批量生产。(2) 多工位连续性生产, 利用金属变形时产生的变形热, 使金属软化, 金属在较软的状态下成形, 不需要增加中间退火工序及润滑处理。(3) 多工位上直接挤压沉孔和冲孔
12、代替车加工螺纹底孔, 生产效率高, 尺寸一致性高, 产品质量稳定。(4) 消除了车加工及预加工造成的金属流线的破坏和切断, 产品金属流线好, 产品强度高。(5) 材料利用率高, 生产成本低。(6) 采用丝材盘料代替板料和棒料加工, 材料费用低。(7) 工艺灵活, 可以采用2工位( 双击冷镦机) 进行镦制成形, 再进行后续加工。(8) 推广应用: 单耳托板自锁螺母类零件、 角形托板自锁螺母类零件应用此工艺冷镦成形。单耳托板螺钉类零件、 双耳托板螺钉类零件应用此工艺在双击冷镦机上一次镦制成形。3冷挤压工艺的计算3 . 1零件形状分析及毛坯尺寸的计算零件的形状由圆柱体、 圆锥体及棱形体组成。零件的体
13、积: 经计算机三维立体精确计算得6 4 9 . 5 m m3。取毛坯的外径:d0= !6 . 9 5 m m。根据变形前后体积不变定律, 计算出单件零件毛坯的用料长度:V =(/ 4) d02 h0。h0= 6 4 9 . 5 3 7 . 9 2 = 1 7 . 1 3 m m, 取h0= 1 7 . 2 m m。冷镦加工时零件的镦锻比为: = h0/ d0= 2 . 4 8。托板部位的面积:经计算机精确制图测得F1=1 9 3 . 6 2 m m2,材料变形前的截面积为:F0=(/ 4) d02=3 7 . 9 4 m m2,则零件冷镦加工时的变形程度为: =(F1-F0)/ F1= 8 0
14、 %。需要两次镦锻变形成形, 变形情况见图2 a中、。3 . 2零件冷镦前的毛坯制备处理根据冷镦工艺的要求, 必须对毛坯材料进行软化处理及润滑处理。其工艺如下:(1) 软化处理。合金钢3 0 C r M n S i A材料在供应状态下( 非成品丝状态) 强度较高, 塑性较差, 若不经软化处理而直接进行拉拔加工成成品丝材, 则拉拔十分困难, 材料易拉断、 表面易出现磷屑, 且拉拔后出现材料坯径粗细不均等。而且在冷镦加工零件时, 零件开裂严重, 不易成形。因此, 一般要求成品丝拉拔完成之前( 即最后一道拉拔工序完成之前) , 材料必须进行软化( 球化) 退火处理。其软化退火处理工艺规范如图3所示。
15、软化退火处理后要求: 硬度8 5 H R B。图3合金钢3 0 C r M n S i A软化退火处理工艺规范同时, 热处理时炉内必须通入氩气或甲醇裂解气进行保护。热处理设备主要使用球化退火炉。(2) 润滑处理。润滑处理是冷镦工艺的重要环节,合金钢3 0 C r M n S i A材料表面的润滑处理为磷化、 皂化。润滑的益处是冷镦时金属易进入模具型腔, 冷镦后零件的表面质量好、 模具的寿命高。4冷镦模具设计(1) 模具结构。根据双耳托板自锁螺母冷镦件的形状、 尺寸及冷镦工艺的要求, 采用丝( 线) 材毛坯在多工位冷镦机上一次镦制成形工艺。其模具结构如图4所示。图4双耳托板自锁螺母冷镦模具1 .
16、切料刀组合2 .送料夹钳组合3 .切料模组合4 .一工位初镦凸模组合5 .一工位初镦凹模组合6 .二工位终镦凸模组合7 .二工位终镦凹模组合8 .三工位挤压凸模组合9三工位挤压凹模组合模具由左右两部分组成, 左半部分主要有: 一工位初镦凸模组合4、 二工位终镦凸模组合6、 三工位挤压凸模组合8; 右半部分主要有: 切料刀组合1、 送料夹钳组合2、 切料模组合3、 一工位初镦凹模组合5、 二工位终镦凹模组合7、 三工位挤压凹模组合9。 左半部分模具安装在多工位冷镦机的机头上, 机头各部位的调节依靠操作人员或工程师精细调整, 右半部分模具除切料刀组合机构外全部安装在多工位冷镦机的床身上, 固定不动
17、, 切料刀组合安装在冷镦机的切料刀机构上, 与切料模配合完成切料功能。送料夹钳组合则帮助完成各工位的材料和零件准确送到下一工位。考虑到一工位初镦结束后, 滑块返回时, 镦制件被初镦凸模带走的可能性, 故采用了由弹簧座、 弹簧和顶料杆组成的卸料装置进行卸料。 考虑到二工位挤压结束后, 滑块返回时, 镦制件被挤死在组合凹模型腔内, 而不能退出的可能性, 采用由凹模退料杆及弹簧等机构组成的退料机构进行退料。同样, 考虑到三工位挤孔结束后, 滑块返回时,镦制件被挤在挤压凸模上, 而不能退出的可能性, 采用额外加装弹簧退料机构( 图4中未表示出) 进行退料。图4中左、右两部分模具之间是零件工位图, 即每
18、一工位完成后零件的挤压形状。根据双耳托板螺母自身的特性可知, 该零件镦制的关键是初镦凸模的设计和加工。如果型腔设计不合理, 则镦制完成后, 无法达到成品设计要求; 如果加工不合理, 则镦制时容易出现开裂、 折叠和表面粗糙度值达不到要求等缺陷。初镦凸模的结构及热处理: 初镦凸模通常采用整体式和组合式两种,其中整体式初镦凸模选用钢C r 1 2 M o V, 热处理硬度为5 8 6 2 H R C; 组合式初镦凸模由初镦凸模芯和初镦凸模套两部分组成, 初镦凸模芯采用硬质合金Y G 2 0 C,初镦凸模套选用钢6 0 S i 2 M n,热处理硬度为4 4 4 8 H R C,组合式初镦凸模能有效地
19、解决易磨损和寿命短等问题, 但模具价格比整体式初镦凸模高。图5初镦凸模a整体式b组合式(2) 模具润滑。零件进行冷镦加工时, 模具型腔必须进行充分润滑, 该润滑剂采用台湾产冷镦机专用打头油进行润滑。5模具技术要求为了保证冷镦零件的质量, 除了合理设计模具结构、 模具型腔尺寸、 选用优质的模具材料和采取合理的模具热处理工艺以外, 更重要的是模具零件的加工技术。对第一工位初镦凸模组合, 除模具型腔表面粗糙度值要求低外, 与一工位顶料杆外径的配合提出更高的要求, 如果配合太紧, 则易出现死模; 如配合太松, 则冷镦时, 金属易从间隙压入模腔, 导致冷镦后零件形状及质量较差。第二工位终镦后易形成折叠和
20、托板内部缺陷, 如果不及时剔出, 易形成产品质量隐患。第三工位挤压凸模杆要求选择合理的角度过渡, 防止应力集中, 导致冷镦时, 凸模折断, 增加模具成本费用。并且必须要在第三工位模具前加装弹簧退料机构, 防止零件挤压在凸模上, 不能退下, 最终造成凸模损坏。6结束语根据实践经验, 对于此类零件的加工, 特别是大批量的零件加工, 为降低成本和满足客户对零件质量的高要求时, 必须采用冷镦工艺, 冷镦工艺的优点是:零件尺寸精度高、 尺寸一致性好、 表面质量好、 生产效率高、 零件生产周期短、 零件的成本低、 无污染、 不经切削加工, 金属流线好。7参考文献 1 孙小炎, 杨林等编.航天紧固件实用手册
21、 M .北京:国防工业出版社,2 0 0 6 . 2 全国紧固件标准技术委员会秘书处编.紧固件标准实施指南 M .北京: 中国标准出版社,2 0 0 6 . 3 钱达编.标准紧固件设计制造工艺与质量检测标准规范全书 M .北京: 清华同方光盘电子出版社,2 0 0 3 . 3 标准紧固件质量大全编委会编.标准紧固件质量大全( 第二版) M .中国标准出版社,2 0 0 5 . 4 苏 M . B .斯德洛杨夫,E . A .波波夫编.哈尔滨工业大学等泽金属压力加工原理 M .北京: 机械工业出版社,1 9 8 2 . 5 航天部 冷冲模 编制组编著.冷冲模 M .中华人民共和国航天工业部,1 9 8 4 . 6 冷冲模设计 编制组编著.冷冲模 M .中国标准出版社,2 0 0 1 .(a)(b)
