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    濾清器卡簧分析與模具改進

    文章作者:博世彈簧發布時間:2018/7/16 15:21:03瀏覽次數:

      濾清器卡簧相對于機加工零件,冷鐓零件機械性能一般可提高10%左右,有的甚至達20%,加工效率可達50倍以上,而材料利用率可提高近100%.螺栓、螺釘、鉚釘等緊固件的生產幾乎80%以上采用冷鐓方法,它是緊固件加工的首選工藝。然而冷鐓作為一門獨立的工藝卻沒有得到足夠的重視,專門介紹冷鐓工藝及模具設計方面的資料極少。并且相對于民品緊固件材料大部分為碳素鋼,航空發動機緊固件由于使用環境更惡劣、性能要求更高,故材料很多為高強度結構鋼、高溫合金或鈦合金等,加大了冷鐓的難度。某航空發動機公司目前冷鐓零件毛坯基本加工沖抽油壓力應小一些為好。沖抽油方式如所示。

      4.加工過程的監控電火花加工一切準備就緒時,就可以起動機床過程如所示。近年來,由于緊固件裂紋等原因而導致的航機事故也偶有發生??梢?,看似形狀簡單的緊固件的質量仍然不容小視。本文通過分析某航空發動機公司某六角頭螺栓質量問題,找出引起冷鐓缺陷的主要原因,并利用有限元體積模擬軟件模擬冷鐓過程,進而優化模具設計,使產品質量得到很大提高,也為冷鐓模設計提供了較好的價值。

      開始進行加工。在加工的過程中,要隨時監控加工狀態。對加工中不正常的放電狀態及時采取相應的處理方法,保證加工的順利進行。主要是防止發生拉弧現象,一般可通過修改抬刀參數、清理電極和工件、調整電規準參數等措施來改善放電狀況。

      目前數控電火花機床的加工性能已經有了很大的提高,濾清器卡簧一些先進數控電火花機床的智能化控制技術幾乎可以代替人工監控。加工中由計算機監測、判斷電火花加工間隙的狀態,在保持穩定電弧的范圍內自動選擇使加工效率達到最高的加工條件。但機床的智能控制技術不是萬能的,還是不能忽視人工監控的作用。尤其像在深孔加工、大錐度加工、大面積加工等一些比較特殊的加工場合,人工監控就有其意義了。MW某材料為GH2132的六角頭螺栓,在一模兩沖冷鐓機CH -6L上冷鐓,冷鐓后螺栓頭部外圓周折痕現象明顯,甚至有裂紋產生,類似缺陷如所示。由于缺陷太深,車除加工余量后,仍然不能滿足相應驗收要求,導致生產無法繼續進行。

      冷鐓過程中產生折痕/裂紋的原因很多,有材料自身原因,如材料偏析嚴重、硬度過高、表面有過劃痕等;濾清器卡簧有冷鐓模具原因,如粗鐓模具型腔設計不合理、精鐓模體積不正確、陰模腔間隙過大/過小、剪刀模送進距離大/小、剪刀模夾持過緊、凸凹模腔錯位等;同時,坯料切斷面斜角過大,潤滑效果差,冷鐓機不穩定都可能造成折痕/裂紋。由于材料入廠復驗各項指標均符合相關驗收標準,設備運行較穩定,故主要從模具方面著手解決折痕/裂紋缺陷問題。

      (1)坯料成形分析對于一定規格的材料,鐓鍛比愈小加工愈容易;鐓鍛比較大時,在制定工藝時應該適當增加鐓鍛次數,一般鐓鍛比與鐓鍛次數的關系如表1所示。

      表1鐓鍛比與鐓鍛次數的關系表鐓鍛比S鐓鍛次數/n某六角頭螺栓冷鐓前總長L= 25.5mm,直徑為1mm,冷鐓后毛坯要求桿部長12.5mm,螺栓頭高2.65mm.通過計算,此六角頭螺栓鐓鍛比S =13/3.1.4.19,冷鐓變形程度占=(13-2.65)/13x100%=79.6%.鐓鍛比S已接近二次鐓鍛的極限,并且,一般材料鐓鍛比達3時,鐓粗就容易產生雙鼓形;大于3后,坯料就容易產生類似于壓桿失穩的縱向彎曲。加之坯料切斷面不可能完全平整,這樣粗鐓時坯料就受到一個垂直于軸線的分量力的干擾,加劇了縱向彎曲趨勢。所示為慢速調整過程中粗鐓后的坯料變形情況(試驗時只關注螺栓頭部的變形情況,故圖中非變形區的桿部長度有不一致的現象)。從圖中可看出,粗鐓時側彎十分明顯(速度太慢也在一定程度上會加劇此種缺陷),導致精鐓時根本不可能彌補此缺陷,于是極易形成類似于所示的折痕。同時零件變形程度大,精鐓后坯料局部接近或超過材料許用變形程度從而使螺栓頭部產生裂紋。

      粗鐓試驗后的毛坯是美國SFTC公司開發的一套專門用于金屬塑性成形的軟件,是當今國際上最流行的金屬加工數值模擬軟件之一。在模具設計階段,有限元模擬可以分析材料的流動規律,預測是否產生缺陷,從而檢驗模具形狀與尺寸設計的合理性,優化模具設計和其他工藝參數。

      首先依據工藝要求的實際尺寸,在Pro/E3.0中對坯料、粗鐓模、精鐓模、冷鐓凹模造型,保存為。stl格。然后導入Deform3D軟件中,模擬過程中,為了減少計算量,假設模具為剛體,在冷鐓過程中不發生變形。坯料材料選擇軟件材料庫中的美國牌號A286(相當于此六角頭材料GH2132)。設置模擬各參數,依零件冷鐓成形過程進行模擬,模擬結果如所示。從可見,模擬結果與坯料冷鐓生產結果基本一致。所以,為了解決折痕/裂紋缺陷,粗鐓側彎必須盡量減小或避免。

      舍卷A工冷加工粗鐓模的設計原則是:首先,要求有盡可能大的變形比,為第二次鐓鍛成形做準備;其次,要避(b)精鐓模擬Deform3D模擬結果免金屬纖維產生縱向彎曲。傳統的粗鐓模型腔都是簡單的圓錐結構,為了使粗鐓盡可能產生較大變形使兩次成形均勻,只得通過加大圓錐角,但隨著角度的增加,坯料成形過程中縱向彎曲的傾向也在加大。為了兼顧兩方面,在試驗摸索基礎上,提出了圓柱腔+彈簧結構粗鐓模設計方案。在保證粗鐓較大變形量的同時,通過在粗鐓模型腔小端增加一個圓柱形型腔來加強定位導向作用,增加坯料在變形中的穩定性,如所示。針對加定位腔在一定程度上使坯料粘模傾向加大的問題,采用彈簧頂桿結構。這樣既有利于減弱坯料端面不平帶來的影響,也能避免模具潤滑不好時坯料粘模狀況的發生。

      新型粗鐓模具的主要參數/3、h、y和(。粗鐓模錐角可表2,由于此六角頭螺栓鐓鍛比及變形率均很大,濾清器卡簧在保證粗、精鐓變形量基本合理的情況下,盡量采用大角度。通過Deform3D模擬粗鐓模型腔角度不同情況下粗鐓成形后的坯料形狀,確認一個基本的角度范圍。再結合范圍內各角度下采用0.5mm、1.0mm、2. 5mm的定位腔高度時,模擬坯料粗鐓試驗狀況??芍?,在一定范圍內隨著定位腔高度增大,定位導向作用增強,側彎逐漸被消除。而對于兩次鐓鍛成形的零件,一般粗鐓后高度為原變形部分總高度的2/3.所以h值過大,會導致粗鐓變形量減少;而錐角/3過大,也會削弱坯料成形過程中的穩定性。通過比較模擬試驗,此六角頭螺栓,定位腔高度h=1.82.3mm,錐角/3為34為宜。結合冷鐓機床設備合模情況,在確定模具定位腔及錐角/3的同時,考慮坯料鐓鍛前后體積基本不變原則上求出中的y值。

      表2鐓鍛比與粗鐓模鍛角關系表鐓鍛比(平均)新型結構設計效果通過采用新型粗鐓模設計方案,坯料在成形過程中,濾清器卡簧由于圓柱腔加強了對坯料定位導向作用,成形過程更穩定,大鐓鍛比的某六角頭螺栓粗鐓側彎現象完全得到消除,加上彈簧存在頂出作用,粘?,F象也沒有發生,產品最終鐓粗尺寸合格,外表質量符合相關驗收標準。

      通過采用新型粗鐓模:圓柱腔+彈簧頂出結構,解決了一模二沖設備冷鐓某大鐓鍛比大變形量螺栓側彎缺陷問題,為今后類似零件的冷鐓模設計提供了很好的思路。

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