劉輝,趙玲權,吳浩,楊軍
(1.新昌縣大雄鍛造有限公司,浙江 新昌 312580;2.浙江天馬軸承股份有限公司,杭州 310015)
軸承套圈鍛造過程中,始鍛、終鍛溫度及鍛后冷卻速度對鍛件的內在質量起著至關重要的作用[1-2]。而熱切下料時在坯料上產生的毛刺、壓塌變形、馬蹄形、端面斜度大、坯料重量誤差較大等缺陷,易導致在鍛件端面上產生折疊裂紋;端面斜度過大時,鐓粗過程中坯料容易歪斜,易造成鍛件產生毛刺和塌邊。這些缺陷不僅對鍛件的外觀和內在質量產生影響,而且給車削加工增加難度,使工件廢品率升高。因此,通過對現場的調查和實物分析,對傳統(tǒng)下料工裝進行改進。
傳統(tǒng)的沖床熱切下料工裝結構如圖1所示,是目前國內軸承鍛造企業(yè)大多采用的下料工裝結構。頂料桿中心線與套筒刀中心線偏離較大,頂料桿直徑小,為盡量減少棒料和頂料桿的接觸面積,防止坯料產生端部翹皮現象,頂料桿端部加工成錐臺形。這種結構雖然解決了坯料端部翹皮問題,但頂料桿剛性相對較差,坯料斜度大導致下料重量誤差較大。另外,棒料與頂料桿的接觸面積小,剪切時坯料兩端面受力不均;刀板接觸棒料后,坯料接觸頂料桿的一端先下落,受剪切的一端后下落,導致坯料端面斜度較大,產生毛刺(圖2)。
套筒刀、活動刀板材料為熱作模具鋼H13,活動刀板為方形4口型,實際使用壽命相對較短,模具成本也較高。
1—套筒刀;2—套筒座;3—活動刀板;4—活動刀板固定架;5—頂料桿;6—棒料;7—坯料
圖2 改進前的坯料
改進后的沖床熱切下料工裝結構如圖3所示。
1—套筒刀;2—套筒座;3—不銹鋼焊條堆焊處; 4—活動刀板;5—活動刀板固定架;6—棒料;7—頂料桿;8—坯料
將頂料桿直徑加大為45 mm,且端面車平整,以增加棒料和頂料桿的接觸面積,增加摩擦力,使剪切時坯料兩端面受力均衡,盡量保證坯料下落時兩端面基本水平,減小坯料端面斜度。
將頂料桿中心線與套筒刀中心線偏差減小,并保證頂料桿的中心線位置略高于套筒刀中心線(20 mm以內)。若剪切棒料直徑過大,可以在頂料桿前端加一個杯形套,適當加大與棒料的接觸面積,根據實際情況靈活調整。頂料桿的支撐位置到頂料桿端面的距離約為150 mm,以保證剪切時坯料兩端面受力均衡的同時減小頂料桿的變形。
改進后下料模具如圖4所示。套筒刀、活動刀板(方形4口型)基體材料由熱作模具鋼更換為45#鋼,熱處理后硬度為28~40 HRC;工作刃口部位用A402(E310-16)耐熱不銹鋼焊條堆焊,如果刃口部位使用中有磨損、裂紋等缺陷出現,只需再重復堆焊一遍,然后在車床上加工至需要尺寸,即可再次使用。堆焊前對基體進行預熱,堆焊后進行適當的熱處理(回火),既可以提高堆焊層熔敷金屬的性能,又能減小或消除殘余應力,改善過渡區(qū)金屬結合性能[3]。下料生產中要采取有效的冷卻措施對模具進行充分冷卻,以提高使用壽命。
圖4 改進后的下料模具
改進前、后下料工裝的費用及模具的使用壽命對比見表1。
表1 改進前、后下料工裝的對比
為進一步說明改進后下料工裝的可行性,利用有限元軟件DEFORM對改進前、后工裝的下料過程進行模擬分析。下料工裝的有限元模型如圖5所示,工裝的改進主要體現在頂料桿的結構及刀刃的材料上,這里主要針對頂料桿的結構改進進行分析。
圖5 下料工裝的有限元模型
工裝改進前、后的下料過程分別如圖6、圖7所示。改進前由于頂料桿與棒料的接觸面積小,下料初始階段棒料就會與頂料桿分開,從而出現下垂現象,直至坯料與棒料完全分離,從而導致坯料的上下端面間存在一定的傾斜角度。改進后由于頂料桿與棒料間的接觸面積較大,坯料與棒料分離之前,幾乎一直與頂料桿接觸,而頂料桿在下料過程中給予坯料一個支撐力,使坯料中軸線基本水平,從而減小了坯料上下端面間的傾斜角度,端面平整度提高,毛刺明顯減少[4]。
圖6 改進前的下料過程
圖7 改進后的下料過程
對改進、優(yōu)化后的工藝進行生產現場驗證,在同一生產線、同一工藝參數下,對工裝結構改進前、后加工的同一型號產品進行對比,如圖8~圖10所示。由圖可知,改進后壓塌量小,坯料幾乎沒有馬蹄形,接近圓形;坯料的端面斜度、壓塌量及毛刺得到明顯改善;產品端面折疊裂紋得到有效控制。實際使用數據對比見表2。
圖8 坯料斷面圖
圖9 坯料垂直放置圖
圖10 產品端面圖
表2 改進前、后的實際對比結果
采用改進后的下料工裝使坯料端面斜度、重量誤差、毛刺、壓塌量、馬蹄形等均得到了很好的控制,產品質量大大提升。下料模具基體采用45#鋼,工作刃口部位用不銹鋼堆焊,可重復修整使用,模具使用壽命延長,生產過程中更換模具次數減少,生產效率提高。該下料工裝已在我公司所有鍛造生產線上推廣使用。