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        制動圓銷扁銷孔熱沖模具的設計與應用

        2018-07-25 08:18:22田建忠
        金屬加工(熱加工) 2018年7期
        關鍵詞:下模銷孔成形

        ■ 田建忠

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        制動圓銷是鐵道貨車轉向架制動系統(tǒng)中用于制動杠桿的連接件,通過安裝制動圓銷和扁尾銷,可有效防止制動件的脫落和丟失,確保車輛的行車安全,是鐵路新制貨車和既有貨車改造時強制要求使用的制動系列配件。

        1. 制動圓銷扁銷孔制造工藝分析

        制動圓銷由頭部和桿身兩部分組成,材質(zhì)為合金結構鋼4 0 C r,桿身表面粗糙度為Ra6.3μm。桿身與頭部采用一次溫鐓成形,加熱溫度不高于750℃,桿身與頭部過渡部位不得切削加工成形,成形后的表面不允許存在折疊、飛邊、毛刺、裂紋等缺陷,采用可控溫度、可控氣氛的熱處理爐進行熱處理,表面硬度為45~55HRC,淬硬層深度2~6mm,桿身表面脫碳層深度不大于0.15mm。成形后頭部標識要求鐓出凸字,字高4mm,字跡應清晰、完整。扁銷孔不限制成形手段,要求成形后長度尺寸為18+10mm,寬度尺寸為6+10m m,根部圓角R1~R1.5 mm,扁銷孔成形后需進行表面發(fā)黑處理,黑色氧化膜應達到GB/T15519中的優(yōu)質(zhì)膜。

        制動圓銷扁銷孔加工部位的具體要求如圖1所示。

        根據(jù)制動圓銷扁銷孔加工部位的要求分析,扁銷孔的成形方法大致有以下幾種方案:

        方案1:預制電極,采用電火花機床加工成形。

        方案2:預鉆底孔后采用線切割機床按照編好的程序切割成形。

        方案3:預鉆底孔后利用立式銑床加工成兩端呈半圓狀的長孔,再利用插床清除根部多余金屬。

        方案4:設計專用模具,一次將扁銷孔熱沖成形。

        綜合分析,其中方案1和方案2成形后精度較高,但存在效率低、成本高的弊端,方案3工序繁多,如接刀不好,會嚴重影響成形后的表面精度,只有方案4效率最高。由于是一次熱沖成形,且孔深比較大,熱沖后勢必在扁銷孔出入口處造成金屬流向變化,影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量,為此需在桿身處預留單邊加工量1.5mm,成形后通過切削加工去除熱沖后造成的表面缺陷,同時在模具設計時采用小間隙熱沖工藝,以保證扁銷孔成形后的質(zhì)量。

        成形后制動圓銷三維效果如圖2所示。

        2. 制動圓銷扁銷孔熱沖模具設計

        圖1 制動圓銷扁銷孔加工部位要求

        制動圓銷扁銷孔熱沖成形時的沖擊力非常大,扁銷孔出入口處會出現(xiàn)不同程度缺陷,因此熱沖成形時需加大制動圓銷桿身處的直徑,取單邊余量1.5mm,毛坯料放置到模具型腔時,以桿身端部距扁銷孔一側12mm處定位,成形后通過切削加工的方法去除熱沖造成的缺陷。車削加工時,應保證扁銷孔距桿身端部尺寸12mm及倒角C5,長度截取時應嚴格按照鐓頭需要預留的金屬重量來考慮,之后對圓銷頭部進行一次溫鐓成形,滿足了成形后桿身與頭部過渡部位不得切削加工成形的工藝要求。

        圖3為制動圓銷扁銷孔熱沖模具結構。模座1與下模6通過內(nèi)六角螺栓配合定位銷連接在一起,導向銷7與下模6為過盈配合,與上模8為間隙配合,上模8依靠導向銷7與下模準確合模,毛坯端面與定位螺釘4側面進行軸向定位。沖頭9受上模8中扁長孔的約束與精確導向,單邊間隙為0.10~0.15mm,通過沖頭與上模扁長孔的精確配合,可對沖頭起到有效的保護與導向作用,防止沖頭折斷后傷及模具。沖頭與下模扁長孔的單邊間隙采用小間隙配合,并應確保四周的間隙均勻一致,單邊間隙控制范圍為:0.30~0.35mm。上下模及沖頭材質(zhì)均采用3Cr2W8V熱模具鋼制造,熱處理硬度58~65HRC。由于在制動圓銷扁銷孔熱沖成形過程中,沖頭承受了較大沖擊力,操作時稍有不慎就有可能使沖頭折斷、崩刃,因此需準備一定數(shù)量的備品,以免影響正常生產(chǎn)。

        圖2 制動圓銷三維效果

        制動圓銷扁銷孔熱沖成形選用設備為450kg空氣錘,模具與工作臺無需固定,可自由放置在設備的工作臺面上。工件桿部采用中頻感應局部加熱,加熱溫度680~730℃,加熱時間70~90s,并采用遠紅外測溫儀進行實時測控,為防止過熱現(xiàn)象,加熱到規(guī)定溫度后應迅速將工件毛坯放置于模腔內(nèi)對扁銷孔進行熱沖成形。

        具體操作時,當加熱后毛坯放入模具定位后,首先應輕點氣錘,使沖頭輕微進入毛坯表面進行預定位,第二錘應施加重力向下沖壓,一般情況下,第三錘即可將沖頭連同多余金屬沖出扁孔。使用過程中要注意對模具和沖頭及時進行冷卻,同時要及時清除模腔內(nèi)的金屬氧化皮。

        制動圓銷扁銷孔熱沖模具剖分結構如圖4所示。

        制動圓銷扁銷孔熱沖模具三維效果如圖5所示。

        圖5 制動圓銷扁銷孔熱沖模具三維效果

        圖3 制動圓銷扁銷孔熱沖模結構1.模座 2.內(nèi)六角螺栓M6×30 3.定位塊 4.定位螺釘 5.六角螺母M16 6.下模 7.導向銷 8.上模 9.沖頭

        圖4 制動圓銷扁銷孔熱沖模具剖分結構

        3. 結語

        制動圓銷扁銷孔熱沖模具投入使用后,產(chǎn)品質(zhì)量滿足了設計要求,生產(chǎn)效率也得到了極大提高。實踐證明,該模具具有結構簡單、制造容易、操作方便、效率效高的特點,為滿足低成本制造創(chuàng)造了有利條件,同時對類似產(chǎn)品的深孔熱沖成形也具有一定的借鑒和示范作用。

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