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双锥形药型罩强力旋压工艺研究
浏览: 发布日期:2019-08-15

  PK牛牛开户(1.山东红旗机电有限公司山东,潍坊261031;2.北京有色金属研究总院北京 100088) 摘要:通过对双锥药型罩加工工艺进行了分析,介绍了各种加工工艺的特点,根据旋压工艺特点,介绍了旋压毛坯的设计, 并详细介绍了旋轮和:占模的设计方法,同时对旋压生产过程中出现的问题,提出了解决措施,保证了该零件旋压加工的顺利 进行。 关键词:双锥形药型罩;旋压;旋轮:芯模 l引言 双锥形药型罩是某产品的重要零件,如图1所示。零件材料为紫铜T2M。零件要求任何截面上的壁厚 差不大于0.04mm,并且要求零件表面的划伤、压痕不大于0.10mm。零件生产属于大批量生产。 2工艺分析 2.1双锥形成形 该零件为一典型的不等壁厚双锥形零件,对该类零件的加工主要有以下方法; 1)冲压加工 吨位小。强力旋压加工成型的药型罩,对低速旋转的 首先将平板毛坯拉伸成圆筒形零件,然后经过 弹丸具有一定的抗旋补偿能力。 多次锥部拉伸,最后通过镦挤达到产品图要求。冷 冲压成型锥罩虽然生产率高,质量稳定,但良品率 低,模具损耗大,尤其是整形凹模为一盲孔结构, 在镦挤冲击载荷的反复作用下,工作型腔很容易发 生变形而报废。 2)旋压加工 采用平板毛坯或喇叭形毛坯,通过旋压加工, 达到产品图要求。旋压加工具有以下特点:(1)产 品尺寸精度高、表面粗糙度低;(2)产品性能好; 强力旋压大都属于冷成形,成形后的材料晶粒变 细,并具有明显的纤维组织,强度和硬度都有不同 程度的提高。但延伸率相应下降。(3)材料利用率 高、产品成本低;(4)工艺和装备简单,所需设各 3)冷挤压加工 把金属毛坯放在冷挤压模腔内,在室温条件下,通过固定在压力机上凸模向毛坯施加压力,使金属毛坯产生塑性变形而制得零件的加工方法。冷挤压加工具有以下特点:(1)挤压零件尺寸准确。表面光洁; (2)节约原材料。冷挤压件材料利用率通常可以达到80%以上。(3)冷挤压件强度高、刚性好而重量轻。 冷挤压加工的毛坯还需要进行机械加工。因此生产效率低。 通过以上分析,结合某公司现有的设备情况,决定采用旋压加工工艺加工双锥形药型罩。 2.2圆柱部分成形 双锥形药型罩圆柱部分的成形有以下三种方案: 1)方案一 172 采用旋压加工工艺,将圆柱部分和双锥部分一次旋压成形。由于该工艺不仅旋压圆柱部分时,很容易 在小锥和圆柱交接处产生裂纹,而且旋压毛坯的设计比较困难。 2)方案二 圆柱部分先用冷挤压成形后,再旋压成形双锥部分。该工艺不仅在旋压时容易在小锥和圆柱交接处产 生裂纹,而且不容易保证圆柱部对小锥内锥面的同轴度的要求。 3)方案三 首先采用旋压成形双锥部分,然后采用冷挤压成形圆柱部分。该工艺不仅能保证锥罩双锥部分容易旋 压成形,旋压毛坯设计容易,而且容易保证圆柱部对小锥内锥面的同轴度的要求。 通过以上分析,该双锥形药型罩采用先旋压成形双锥部分,然后用冷挤压成形圆柱部分的工艺。 3工艺计算 3.1毛坯设计 3.1.1毛坯形状的确定 由于双锥形药型罩为一典型的不等壁厚双锥 形零件,它在不同直径上的轴向壁厚都不等,因而要 求毛坯在个直径上的轴向壁厚也相应变化.对该类 零件旋压前的毛坯,可以采用两种不同的毛坯,即变 厚度板材和等壁厚预成形件,如图2所示。 采用图2(a)所示的毛坯,需采用数控车床将板 料毛坯加工成所需形状。该方法制造旋压毛坯具有 加工工序少,生产效率低,材料利用率低,零件的 生产成本高。一般适用于采用同步夹具旋压生产变 壁厚的药型罩。为提高生产效率,降低双锥形药型 罩的生产成本,故选用图2(b)所示的毛坯。 3.1.2不等壁厚预成毛坯成形工艺的确定 心沙(a)变厚度板材作毛坯 (b)不等壁厚预成形双锥形件作毛坯 图2旋压毛坯形状 对该不等壁厚双锥毛坯,一般采用两种成形方法: 1)镦挤整形成形 将落料拉延后的毛坯,镦挤整形成双锥形毛坯。该工艺方法尽管减少了锥部拉延次数,但坯料的壁厚 是自由变形而成,受多种因素影响,双锥形毛坯的尺寸和形状设计需经过多次试验修改后方可确定。 2)旋压成形 将一定厚度的紫铜板经冲压制成的毛坯,经旋压成双锥形毛坯。该工艺方法尽管采用较大的壁厚变化率。 使晶粒进一步细化,提高其破甲性能,但初始毛坯与双锥坯料间,由于偏离正弦率值较大,旋压时很难保 证双锥坯料的形状和尺寸符合预先设计计算要求.需经过多次试验修改后方可确定。 经过以上分析,决定采用镦挤整形成形不等壁厚双锥毛坯。 3.1.3双锥形药型罩坯料的设计 坯料设计的好坏,对双锥变壁厚药型罩尤为重要,它直接影响到加工加工质量和破甲性能,坯料设计应与 制造工艺相结合。为了简化坯料设计计算,可将双锥药型罩看作两个圆锥体,在二者之间选择相应的R连接。 锥体按相应截面体积不变和正弦率进行设计计算。首先根据双锥形药型罩结构尺寸,求出双锥形坯料的形状 尺寸,及板料的厚度和直径。这种方法的优点是,可严格遵循正弦律和控制其偏离量,保证双锥形药型罩的 加工质量。 壁厚减薄率£表示药型罩在壁厚方向上变形程度,它直接影响药型罩旋压过程中的受力状态和质量,可173 2)双锥形药型罩坯料的设计公式(1)可变为:^=(1.£)tol tol=焉tl JL:且 根据sm口 sm% 坠型:JL 根据公式(1)、(2),公式(4)变为:sm口 sln% .(sing') 故%一mL西J 现以双锥形药型罩小锥部分为例介绍毛坯的 设计。用两平行截面从小锥两端分别截取双锥形药 型罩和双锥形毛坯,得到两个截面为梯形的回转 体,如图3所示。 考虑到旋压时有一定的减薄量对药型罩的旋 压加工有好处,将减薄率F选为一固定值【11,一般 为35%左右。此时,坯料小端壁厚‘们、大端壁厚‘02 ‰:上:』生:1.92删聊 ‰2奇2—1-0—.35。1.92栅 及半锥角ao经将上式推导后为: 图3毛坯计算图驴arCSin(1si—n占a)=删n(篙)-30054’ 如=万t2=函1.3丽8=2.12聊坍 同理求出大锥部的有关尺寸。表1是双锥形药型罩与双锥形毛坯有关参数。通过以上计算,设计的双 锥形毛坯如图4所示。 双锥形药型罩与双锥形毛坯有关参数药型罩形式 部位 壁厚(mm) 大端双锥形药型 1.251.38 }{19。30 1.481.82 ||30。30’ 双锥形 l。922.12 35 35 30。54’ 毛坯 2.282.8 35 35 51。20’ 3.1.4旋压双锥形药型罩工艺流程 为保证在镦挤整形双锥形毛坯时,在毛坯厚度方向有足够的整形余量【钔,我们选用板料厚度t=3mm的 174 紫铜板。根据体积相等的原则,计算落料毛坯直径为87卅。该旋压双锥形药型罩工艺流程如图5所示 m锥形毛砼鼬叁叁 3.2旋压工艺参数的确定确定旋压工艺参数时,应首先保证艘锥形曲型罩的质量.其次应尽量有利于提高旋压加r的生产效率, 降低旋压生产成本,同时考虑现有旋压设备的能力。 旋压该双锥形药型罩,根据.【.厂的设备情况.我们选用仿形4’麻CETl20。通过多次试验,我们选定的 旋压丁艺参数为:主轴转速为1000转/分,进给量一股为0 05~0 08毫米。 4工装设计 4.1旋轮的设计 411旋轮形状 锥罩的强力旋斥属丁剪切变形。主要靠旋轮的工作圆弧推移材料 41.2旋轮结构参数的确定旋轮结构参数.主要指旋轮上作型面的尺寸和 旋轮的直径。工作型面的主要尺寸有:工作角、工 作圆弧半径、退出角,这些结构参数对于材料的旋 压变彤过程都有不同程度的影响。因此.只要仔细 分析和正确选用这些结构参数,才能保证旋压变形 的顺利进行,并获得优质的旋压零什。旋轮结构参 数的确定,在很大程度上要依据旋压件材料的性 质、旋压的变形方式和旋压采用的丁艺参数等l刈 药型罩强力旋压用旋轮的工作角,直接影响到金属能否顺利导^旋轮和芯模之间被辊轧。它与药型罩和旋压毛坯的锥角大小等有关。旋压职锥形药型罩时,一般使旋轮的_r作角“r大于艰锥形毛坯大锥部分 锥角,一般取50。~55。。这里取旋轮一作角“删55。 2)工作圆弧半径p 旋轮的[作圆弧半径是重要的结构参数加大旋轮的工作嘲弧半径.可使旋轮与f件接触面的前后重叠 部分增加,从而提高旋压件的袭面质量、大的T作蚓弧半径还有利于提高旋轮的I。作寿命但人的工作圆弧半 径使材料的轴向流动困难,导致旋压什扩往增大寅际上旋轮l作酬弧'|c释过大时,由丁旋压力相应增人,会 175 使旋轮在工作时的退让严重的不均匀.在旋压件上形成波纹,这样反而降低了旋压件的表面质量庄薄壁锥形 什愠力旋压时如果采用大的【.作圆弧平径,有可能使I:什承受强烈的拉伸作用而破裂。 但如果旋轮的T作圆弧半径过小,则不但会降低旋压什的表面质晕,I:uR有呵能使工件紧箍在芯模上不 宜卸F因此在具体的旋压条件下.旋轮的r作倒弧半径都有其最佳值。 根据经验,对,职锥形药型罩旋压,旋轮的I作圆弧半释可取p=(1~2)to(to一毛坯厚度)谖旋轮的T作倒 弧半径r-2 2mm。 3)退出角 退出角的作用在于使旋轮后部离开工件的已旋部分,只要退出角不丝报小,她对旋压的变形过程基本没 有影响,可按旋轮本身结构上的考虑确定大小 般情况下,对于双锥形药型罩旋压退山角可取25。~35 当加大旋轮直径时,有利于增加旋轮与I卅可的周向接触长度,从而提高旋jE件的直径精度,迁有利丁提高其工作寿命但旋轮直径增大将增加制造赀用.而且还要受旋压设备结构尺寸朐限制故旋轮卉彳{:廊住一定 在实际生,“中,双锥形药型罩旋轮直径般在120~300毫米2问,常见的旋轮直径为200~300氆米该旋n轮直{孕“o取190HllTI。 41.3旋轮材料的选择 旋轮在j二作过程中要承受很高的接触压力、剧烈摩擦和由此引起的发热现象。因此,旋轮应具有足蟛 高的强度、硬度、耐磨性和良壹于的耐热性。为满足上述要求,旋轮必须川优质钢材制造,井进行强化热处理。 由丁该零件属人批量生产.为保证旋轮具有较高的使坩寿命,旋轮选用WI 8c“v制造,热处理58~64HRC。 4.2芯模设计 1)芯模的结构 苗模的结构一般包括工作和连接两部分。旋压双锥形药型罩用芯模J作部分为双锥形锥形,其尺寸、表 面粗糙度将直接决定上件的尺寸、表面粗糙度。匕模借助于其连接部分与机床紧固在一起,并由机床带动作 旋转运动芯模旋转的平稳性决定于其连接部分的制造及安装精度为了增大芯模的刚性,芯模的尾端可用专 门的顶尖支承 2)芯模主要尺寸的确定 对双锥形药犁罩旋压,芯模主要尺寸为芯模J二作部分锥角。芯模锥角的确定应考虑职锥形药型罩成型 后的叫弹,即芯模锥角应较双锥形药型罩的内锥角小一个回弹角。影响回弹角大小的因素很多,如取锥形药 型罩的材奉}状态、壁厚及变形条件答。目前还没有计算强力旋压积锥形药型罩同弹角的公式, 般根据试 验米确定。通过试验,谚零件芯模锥角为38 450 72’,60。50’4-2’。 3)芯模材料的选择 由于职锥形药型罩在强力旋雎时,芯模要承受很高的压力、强烈的摩擦和热教应作用.要求芯模必须有 足够的强度、硬度、剐度和良好的耐磨性、耐热性。因此一般采川高速铡、合金工具钢和轴承铜等材料制 造芯模,并进行强化热处理。该零件芯模材料选用W18Cr4V,热处理58~“HRc。芯模如图7所示。 5旋压生产中出现的问题及解决措施5.1不贴芯模 1)产生原因:(1)坯料形状和尺寸不符合正弦律要求;(2)壁厚减薄率太小。 2)解决措施:(1)重新确定坯料的形状、尺寸;(2)有时可减小芯模的锥角,使胀形后成品尺寸符 合图纸要求;(1)适当增大旋压时的进给量,改善旋轮形状;(4)减小旋轮圆角r。 5.2停滞 停滞是指旋压中旋轮走到某一位置产生主轴旋转而产品停滞不转,尾项也停止转动。 1)产生原因:坯料某一部位壁厚过厚。 2)解决措施:(1)减小坯料局部壁厚;(2)调整坯料的形状、大小,使其符合正弦律要求;(3)调 整旋轮工作圆角半径,减小旋压力;(4)增大旋轮进给压力或压力稳定性。 1)产生原因:(1)旋轮与芯模的摆差大;(2)旋压设备主轴精度差;(3)毛坯壁厚差大;(4)双锥形药型罩毛坯有突耳;(5)旋压设备油温高;(6)双锥形药型罩毛坯在装卡在芯模上放置不正。 2)解决措施:(1)旋轮与芯模的摆差必须控制在0.Olmm以内:(2)旋压设备主轴精度应小于0.Olmm; (3)控制毛坯壁厚差,将毛坯按厚度公差值分类,由于是成形毛坯,按厚度公差值分类困难,按毛坯重 量进行分类。根据毛坯重量,调整旋轮与芯模之间的间隙;(4)将有突耳双锥形药型罩毛坯剔除;(5)旋 压设备油温控制在40"-'50;(6)药型罩毛坯在装卡在芯模上,一定要放正顶紧。 5.4双锥形药型罩的锥角不合适 1)产生原因:(1)芯模的锥角不合适;(2)坯料在旋压后回弹。 2)解决措施:(1)根据生产实际,确定双锥形药型罩锥角的回弹量,然后调整芯模的锥角;(2)调 整旋压工艺参数。 5.5双锥过渡处掉环 1)产生原因:在双锥过渡处,毛坯形状不符合正弦律要求,比理论形状多一块料。 2)解决措施:(1)修改坯料的形状、尺寸;(2)采用双斜面旋轮,控制金属堆积状态。 6结束语 采用旋压工艺生产双锥形药型罩,不但保证了零件的尺寸精度要求,同时提高了零件的使用性能,和 其它加工方法相比,良品率有较大提高,取得了较好的经济效益和社会效益。 参考文献: [1】徐洪烈.强力旋压技术【M】.国防工业出版社,1984. 【2】陈适先,贾文铎等.强力旋压工艺与设备【M】.国防工业出版社,1986. 【3】王成和,刘克璋.旋压技术【M】.机械工业出版社,1986. 【4】罗伟华.破甲弹碎甲弹设计与制造实践【M】.机械工业出版社。1994. 【5】贾芸.锥形件强力旋压工艺及工装设计阴.模具制造,2010,10(1I). 【6】李人才.关于强力旋压双锥药型罩的工艺探讨[J】.山东兵工学会机械hnI光学学组第一次学术会议论文,1986. 【7】郭淑哲.提高旋压双锥药型罩破甲稳定性的工艺研究叨.破甲文集(第三期), 1981. 【8】刘执锐.八五双锥罩旋压工艺试验总结田.破甲文集(第三期),1981. 【9】陈绍泽.提高旋压药型罩壁厚精度的技术途径【J】.破甲文集(第五期),1987.

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