郭平義，邵　勇，蘆　笙，石鳳健，黃忠富

(江蘇科技大學(xué)　材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇　鎮(zhèn)江　212003)

?

復(fù)雜葉片鍛造工藝實驗裝置的研制與開發(fā)

郭平義，邵勇，蘆笙，石鳳健，黃忠富

(江蘇科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212003)

摘要以研究開發(fā)復(fù)雜葉片鍛造裝置及相關(guān)成形實驗為目的，在充分考慮實驗教學(xué)開展的便捷性、安全性及易操作性基礎(chǔ)上，詳細分析并介紹了葉片鍛造及配套成形模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點及主要實驗內(nèi)容，為實驗教學(xué)課程的開展打下了堅實基礎(chǔ)。所開發(fā)的實驗裝備及實驗課程內(nèi)容經(jīng)實際教學(xué)過程檢驗，取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞葉片；鍛造成形；實驗研究；模具設(shè)計

鍛造成形是金屬塑性加工領(lǐng)域重要的成形工藝方法之一，一直是材料塑性成形及相關(guān)本科專業(yè)的主干課程，相關(guān)課程內(nèi)容具有知識更新速度快、專業(yè)性強、重實踐等特點[1-2]，針對塑性成形課程及實驗的教學(xué)改革是本科專業(yè)教學(xué)及人才培養(yǎng)的必要保證[3-7]。然而，受限于成形設(shè)備能力不足，工裝設(shè)計及制造較為復(fù)雜，成形過程較為煩瑣，針對復(fù)雜結(jié)構(gòu)鍛件的鍛造工藝設(shè)計及其成形過程方面的實驗教學(xué)內(nèi)容卻鮮有設(shè)置。考慮高?，F(xiàn)有壓力，加工設(shè)備噸位較小，自動化程度低、精度低的不足，本實驗項目以通用小型壓力設(shè)備為應(yīng)用平臺，對復(fù)雜葉片鍛件產(chǎn)品的鍛造模具、切邊模具及配套預(yù)成形工裝進行了研制與開發(fā)。

1葉片鍛造及切邊模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計介紹

葉片鍛造過程較為復(fù)雜[8-9]，其完整的成形過程涉及制坯、模鍛及沖切等變形工步，相關(guān)模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計、成形過程演示等均有較好的實驗教學(xué)示范性和工程實用性。本實驗鍛件產(chǎn)品外形如圖1所示，其最大外廓尺寸約為70 mm×28 mm×28 mm，體積為9 200 mm3。

在充分考慮設(shè)備性能特點及實驗操作便捷性及經(jīng)濟性等基礎(chǔ)上，模具采用了四導(dǎo)柱導(dǎo)向結(jié)構(gòu)設(shè)計，上、下模具的型腔部分分別固定在上下模座板上。模具總體重量較重，在壓力機上的安裝固定十分不便，為了簡化模具的安裝，使其更加適合實驗教學(xué)的需要，上模部分并沒有采用傳統(tǒng)的直接固定在壓機滑塊上的安裝方式，而是在導(dǎo)柱上加裝強力彈簧，成形過程中導(dǎo)柱與導(dǎo)套不脫開。模具在工作過程中，滑塊下壓并接觸到上模墊塊，進而帶動整個上模部分下行，此時安裝在導(dǎo)柱上的彈簧被逐漸壓緊，直至達到下死點位，成形結(jié)束；滑塊回程時，彈簧彈力將上模部分頂起，完成開模以及取件過程，滑塊回到上位時與上模完全脫開。模具在安裝時，只需將下模座板固定在設(shè)備的工作臺上即可，簡化了模具的安裝固定工作。另外，導(dǎo)柱與導(dǎo)套始終處于配合狀態(tài)，保證了模具在各方向上的導(dǎo)正精度，提高了葉片的成形精度，彌補了小型開式壓力機剛度較差、導(dǎo)向精度不足等缺陷；墊塊的設(shè)計有助于減少導(dǎo)向長度及模板厚度，降低模具重量，節(jié)省成本等。

圖1　葉片鍛件CAD模型

圖2　切邊模具實物圖片

合格鍛件需要將飛邊去掉，因而本實驗開發(fā)了配套的切邊模具。對于精鍛件來說，切邊過程要保證鍛件的型面精度，減少切邊變形，因此本模具采用了型面夾持結(jié)構(gòu)設(shè)計，模具實物如圖2所示。切邊過程中，先將鍛后制件平穩(wěn)的放置在模具的托塊上，隨后壓力機滑塊驅(qū)動整個上模部分工作下行，當(dāng)凸模型腔與制件上表面接觸時，凸模與托塊將共同夾緊鍛件。托塊可在一定行程內(nèi)上下移動，其下方裝有彈簧，此時工作部分繼續(xù)驅(qū)動托塊下行并逐漸壓緊彈簧，當(dāng)凸模刃口部分整體進入凹模刃口約一個料厚深度時，剪切作用將使鍛件飛邊部分與鍛件的主體分離，沖切行程結(jié)束，滑塊即可回程。卸載以后，安裝在導(dǎo)柱上的彈簧彈力作用將使整個上模部分回程，而托塊下的彈簧彈力恢復(fù)將嵌入在凹模形腔內(nèi)的托塊及鍛件頂出，切邊過程結(jié)束。鍛件切邊后的形貌如圖3所示，總體切邊效果較為理想。

圖3　鍛件切邊情況

2葉片預(yù)成形制備方法及工裝設(shè)計

本項目葉片鍛件雖然尺寸不大，但結(jié)構(gòu)卻較為復(fù)雜，難以由簡單毛坯直接模鍛成形。因此，模鍛工步前至少需要一次制坯過程，該制坯工步的設(shè)計對產(chǎn)品的總體成形質(zhì)量有重要影響。

圖4　預(yù)成形簡易鑄造模具

由于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，為了降低制坯過程的難度，本實驗開發(fā)了簡易的澆鑄模具，用以成型所需的預(yù)成形件。考慮鉛和鋁的塑性成形性能好，變形抗力小，十分適合鍛造成形過程演示；另外，它們的熔點又較低，且熔融后流動性較好，因而最終確定了以鉛、鋁為實驗用材料的方案。本實驗用于預(yù)成形件制備的簡易鑄造模具如圖4所示。利用實驗室配套的電阻式加熱爐，采用液態(tài)澆鑄的方式成形制件，收到了理想的效果，有效解決了批量制備預(yù)成形件的問題，直接澆鑄后的預(yù)成形件如圖5所示。

圖5　直接澆鑄的預(yù)成形件

3結(jié)束語

葉片鍛造成形實驗教學(xué)活動的開展有利于學(xué)生更好地理解及掌握復(fù)雜金屬成形制坯、鍛造，以及沖切方面的專業(yè)知識和工裝設(shè)計方法，豐富了相關(guān)課程內(nèi)容的教學(xué)方式及手段，所開發(fā)的實驗裝備及實驗課程內(nèi)容經(jīng)實際教學(xué)過程檢驗，取得了較好的效果。本實驗項目充分考慮了實驗教學(xué)過程的方便性、快捷性及易操作性等。既可以滿足本科實驗教學(xué)、畢業(yè)設(shè)計、創(chuàng)新計劃等實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的需求，又可以為研究生、教師在相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究提供硬件支持，在實驗、教學(xué)、科研等方面均可發(fā)揮一定作用。

參 考 文 獻

[1]石鳳健，蘆 笙，黃忠富，等.基于項目化教學(xué)的跨學(xué)科模具人才培養(yǎng)模式探索[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2014，13(15)：141-143.

[2]徐道榮，陳翌慶，程和法，等.關(guān)于“材料成形及控制工程”專業(yè)教學(xué)改革的探索與實踐[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報：社會科學(xué)版，2005，19(6)：18-21.

[3]張光，龔義吉，江一，等.用塑性泥模擬金屬塑性成形的教學(xué)實驗[J].實驗技術(shù)與管理，1990，7(4)：47-48.

[4]俞彥勤，袁新華，謝明立，等.金屬塑性成形實驗有機整合的探討[J].實驗室研究與探索，2010，29(5)：137-139.

[5]顧勇飛，馬麗霞.面向塑性成形專業(yè)的熱加工工藝實驗教學(xué)平臺建設(shè)[J].教學(xué)研究，2011，34(3)：48-50.

[6]蘇廣才，陸際春，張修海，等.塑性成形工藝及設(shè)備(專業(yè)課)實驗獨立設(shè)課的實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2011(1)：115-116.

[7]王華君，湯玄，朱春東，等.數(shù)值模擬技術(shù)在材料塑性成形教學(xué)實踐中的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù)，2012(6)：211-212.

[8]張志文.葉片鍛造[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1987：31-34.

[9]《透平機械現(xiàn)代制造叢書》編委會.葉片制造技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2002：64-77.

收稿日期:2015-04-16；修改日期: 2015-05-08

基金項目：國家自然科學(xué)基金青年項目(51201073)；國家自然科學(xué)基金青年項目(51005150)；江蘇科技大學(xué)自制實驗教學(xué)儀器設(shè)備項目(ZZ1305)。

作者簡介：郭平義(1978-)，女，博士，副教授，主要從事材料表面處理方面的研究。

中圖分類號TG312；G642.0

文獻標志碼B

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.03.015

Research and Development for Forging Dies of Blade With Complicated Shape

GUO Pingyi，SHAO Yong，LU Sheng，SHI Fengjian，HUANG Zhongfu

(School of Material Science and Technology，Jiangsu University of Science and Technology，Zhenjiang 212003，China)

AbstractAs an important method in the metal plastic forming area，forging technology is always the main course in the teaching system of the relative undergraduate specialty.However，the experimental contents about complicated forging process have been rarely established in most of domestic colleges and universities now.In order to develop the experiment of blade forging process with consideration of convenience，safety and operability in teaching stage，the structural design of blade forging dies and experimental contents have been detailedly analyzed and introduced in this paper，which will serve as a more solid foundation for our future experimental teaching.The developed experimental courses and equipments have been evaluated by actual teaching processes，a better teaching effect has been achieved finally.

Key wordsblade;forging forming;experiment research;mould design