管子钳钳柄辊锻模具设计
摘要:介绍了管子钳钳柄辊锻工艺设计计算方法及工艺参数的确定,完成了其辊锻模设计。经小批量生
产验证,用辊锻工艺生产管子钳钳柄的初成形毛坯比原来使用空气锤制坯具有降低材料消耗、提高生产率、
锻件内部流线分布合理、改善劳动条件等优点。
关键词:机械制造;模具;管子钳;辊锻
1前言
管子钳是扳钳工具中的一种,是管道安装中的
必备工具,广泛应用于水暖、石油、机械、化工、地质、
船舶等工业中。采用辊锻工艺生产与现在工厂中采
用的自由锻工艺相比,具有提高生产率、降低材料消
耗、提高锻件质量、改善劳动条件、易于实现自动化
等优点。本文介绍了350mm管子钳钳柄辊锻工艺参
数的确定和设计计算方法。
2工艺过程设计
使用辊锻机型号D42-400,机器公称直径D=
400mm、辊子直径d=260mm、锻辊可用长度L=400
mm。模具安装为环形槽固定形式。根据工厂提供的
零件图制定辊锻件图(图1),要求初成形辊锻件与
最后摩擦压力机终成形模膛匹配合理。
2.1零件工艺分析
分模面确定在水平面上。根据辊锻工艺理论可
知,开始咬入的瞬间,当模具表面与工件表面之间的
摩擦系数大于咬入角的正切时工件才能被咬入。考
虑到没有同步送料机构等因素,将模具的模膛前壁
开通,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形时是镦粗成形,使初成形辊锻后的毛
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形模膛时定位准确。
2.2截面图及体积分配
将钳柄锻件图划分成20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(图2)。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:
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,h=R-(r+Hz/2)。其他尺寸按常规设计方
法设计。
3.2模膛形状设计
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δ=1.2%),如图3a。
根据热辊锻件图的尺寸按3.1节中的尺寸计算
方法确定型槽尺寸(表2),长度尺寸确定要考虑到
辊锻时存在的前滑现象,取前滑值S=4%设计模膛
长度,待试验时修整,设计的模具如图3b所示。
(2)第二道辊锻毛坯计算
第二道和第一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。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%。热辊锻
件图和设计的模具如图4所示。型槽尺寸见表3。
(3)第一道辊锻毛坯计算
第一道制坯辊锻的特点不同于其他道次的辊
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,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90°,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
道辊锻的伸长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,计算工作量
相当大,但利用计算机可以解决这个问题。为使设计
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,计算值见表4。热
辊锻件图和设计的模具如图5所示。
4生产试验及小批量生产考验
根据上述设计、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锻件。辊锻各工步及
终成形后的350mm钳柄锻件见图6。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%～8.1%,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方
向加大了3mm,以便有一定量的金属来消除由于模
膛表而粗造的影响。另外还发现第二道辊锻模膛高
度尺寸偏小,这要在制造生产用模具时修整,修整后
对节约原材料和第二道成形都有好的影响。
经过小批量生产考验证明:用辊锻工艺生产管
子钳钳柄的初成形毛坯,再在摩擦压力机上终成形
是可行的,与原来使用空气锤制坯再用摩擦压力机成形的工艺相比,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.辊锻理论与工艺.长春:吉林人民出版社,1982.
[2]张承鉴,等.辊锻技术.北京:机械工业出版社,1986.
摘要:介绍了管子钳钳柄辊锻工艺设计计算方法及工艺参数的确定,完成了其辊锻模设计。经小批量生
产验证,用辊锻工艺生产管子钳钳柄的初成形毛坯比原来使用空气锤制坯具有降低材料消耗、提高生产率、
锻件内部流线分布合理、改善劳动条件等优点。
关键词:机械制造;模具;管子钳;辊锻
1前言
管子钳是扳钳工具中的一种,是管道安装中的
必备工具,广泛应用于水暖、石油、机械、化工、地质、
船舶等工业中。采用辊锻工艺生产与现在工厂中采
用的自由锻工艺相比,具有提高生产率、降低材料消
耗、提高锻件质量、改善劳动条件、易于实现自动化
等优点。本文介绍了350mm管子钳钳柄辊锻工艺参
数的确定和设计计算方法。
2工艺过程设计
使用辊锻机型号D42-400,机器公称直径D=
400mm、辊子直径d=260mm、锻辊可用长度L=400
mm。模具安装为环形槽固定形式。根据工厂提供的
零件图制定辊锻件图(图1),要求初成形辊锻件与
最后摩擦压力机终成形模膛匹配合理。
2.1零件工艺分析
分模面确定在水平面上。根据辊锻工艺理论可
知,开始咬入的瞬间,当模具表面与工件表面之间的
摩擦系数大于咬入角的正切时工件才能被咬入。考
虑到没有同步送料机构等因素,将模具的模膛前壁
开通,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形时是镦粗成形,使初成形辊锻后的毛
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形模膛时定位准确。
2.2截面图及体积分配
将钳柄锻件图划分成20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(图2)。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:
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,h=R-(r+Hz/2)。其他尺寸按常规设计方
法设计。
3.2模膛形状设计
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δ=1.2%),如图3a。
根据热辊锻件图的尺寸按3.1节中的尺寸计算
方法确定型槽尺寸(表2),长度尺寸确定要考虑到
辊锻时存在的前滑现象,取前滑值S=4%设计模膛
长度,待试验时修整,设计的模具如图3b所示。
(2)第二道辊锻毛坯计算
第二道和第一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。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%。热辊锻
件图和设计的模具如图4所示。型槽尺寸见表3。
(3)第一道辊锻毛坯计算
第一道制坯辊锻的特点不同于其他道次的辊
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,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90°,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
道辊锻的伸长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,计算工作量
相当大,但利用计算机可以解决这个问题。为使设计
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,计算值见表4。热
辊锻件图和设计的模具如图5所示。
4生产试验及小批量生产考验
根据上述设计、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锻件。辊锻各工步及
终成形后的350mm钳柄锻件见图6。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%～8.1%,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方
向加大了3mm,以便有一定量的金属来消除由于模
膛表而粗造的影响。另外还发现第二道辊锻模膛高
度尺寸偏小,这要在制造生产用模具时修整,修整后
对节约原材料和第二道成形都有好的影响。
经过小批量生产考验证明:用辊锻工艺生产管
子钳钳柄的初成形毛坯,再在摩擦压力机上终成形
是可行的,与原来使用空气锤制坯再用摩擦压力机成形的工艺相比,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.辊锻理论与工艺.长春:吉林人民出版社,1982.
[2]张承鉴,等.辊锻技术.北京:机械工业出版社,1986.
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