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        不銹鋼保溫杯旋壓模具設(shè)計(jì)*

        2021-03-01 02:45:56徐其航
        機(jī)電工程技術(shù) 2021年1期
        關(guān)鍵詞:不銹鋼工藝

        徐其航

        (揭陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系,廣東揭陽 522051)

        0 引言

        不銹鋼保溫杯是日常生活中必不可少的生活用品之一,不銹鋼保溫杯的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝是落料、拉深。變薄旋壓是一種金屬塑性成形的加工工藝,旋壓加工工藝綜合了擠壓、環(huán)軋、拉深和滾壓等塑性加工的成形特點(diǎn),工藝柔性好,制造成本低,圓筒形件變薄旋壓成形是少或無切削加工的金屬塑性成形工藝。在變薄旋壓工藝和模具優(yōu)化分析方面,很多學(xué)者進(jìn)行了大量的研究工作,獲得了豐富的成果,于輝等[1]運(yùn)用有限元法對(duì)小口徑薄壁筒形件變薄旋壓工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì);變薄旋壓具有載荷要求小、產(chǎn)品性能優(yōu)良、成形精度高等特點(diǎn),特別適合制造薄壁筒形件。李新和等[2]利用非線性有限元軟件對(duì)大徑厚比超薄壁筒形件變薄旋壓鼓形進(jìn)行了研究,分析了旋壓工藝參數(shù)對(duì)變薄旋壓鼓形的影響,提出了優(yōu)化方案。張健等[3]模擬分析了同步旋轉(zhuǎn)模環(huán)旋壓成形時(shí),坯料零件的鼓形的影響因素,并提供了解決方法。本文利用變薄旋壓技術(shù)生產(chǎn)不銹鋼保溫杯,比拉深工藝生產(chǎn)節(jié)省時(shí)間和材料。旋壓過程中設(shè)置3 個(gè)旋壓輪,1 個(gè)壓痕防皺輪,3 個(gè)旋壓輪在同一水平面上布置,不但可以互相平衡徑向力,而且變形區(qū)由點(diǎn)接觸變?yōu)榻骗h(huán)形,能夠有效防止起皺現(xiàn)象。即在旋壓成形時(shí),環(huán)形變形區(qū)在工件圓柱面上沿螺旋線縱向前進(jìn),變形條件得以改善,工件的尺寸、形狀及表面質(zhì)量得到了提高。

        1 金屬旋壓工藝

        金屬旋壓是一種金屬塑性成形的加工工藝。運(yùn)用這種工藝能夠容易地制作各種旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的薄壁回轉(zhuǎn)件和各種管件等,因此又稱其為回轉(zhuǎn)成形工藝。金屬旋壓工藝具有節(jié)省原材料、成本低廉、設(shè)備簡(jiǎn)單和產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn),因此旋壓工藝在國(guó)防、化工、冶金、電子、機(jī)械等諸方面起到了越來越大的作用[4]。

        變薄旋壓是在普通旋壓的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,根據(jù)旋壓輪前進(jìn)方向和材料的流動(dòng)方向不同,可以分為正向旋壓和反向旋壓。芯軸與旋壓輪同向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),坯料套在芯軸上,當(dāng)旋壓輪前進(jìn)方向與材料流動(dòng)方向相同時(shí),稱為正旋,反之則稱為反旋[5]。變薄旋壓原理示意圖如1所示。

        圖1 變薄旋壓原理示意圖

        坯料形狀和壁厚同時(shí)改變的旋壓成形過程成為變薄旋壓過程。變薄旋壓與普通旋壓的區(qū)別是變薄旋壓屬于體積成形范疇,由于薄壁筒形件變薄旋壓工藝屬于局部塑性成形,變形區(qū)易產(chǎn)生起皺的失穩(wěn)現(xiàn)象,使旋壓過程不能順利進(jìn)行,甚至?xí)斐膳髁系钠茐?,不能制造出合格的產(chǎn)品零件,本旋壓模具通過采用3個(gè)旋壓輪在同一水平面旋壓,在其后部設(shè)置壓痕防皺輪,防止坯料的起皺,保證了旋壓過程的順利完成,生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品零件。生產(chǎn)實(shí)踐證明,該旋壓模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便而且造價(jià)便宜,解決了不銹鋼保溫杯的生產(chǎn)制造問題,改變了傳統(tǒng)生產(chǎn)制造方案,該旋壓模具制造成本低,競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng),能提高經(jīng)濟(jì)效益[5]。

        2 模具零件設(shè)計(jì)

        2.1 不銹鋼保溫杯

        圖2 不銹鋼保溫杯結(jié)構(gòu)圖

        圖3 不銹鋼保溫杯實(shí)物

        不銹鋼保溫杯是日常生活中必不可少的生活用品之一,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖如圖2所示,零件實(shí)物如圖3所示。不銹鋼保溫杯的生產(chǎn)工藝是落料、拉深。對(duì)于不銹鋼保溫杯之類的筒形件,往往需要多次拉深成形。多次拉深成形需要多副拉深模具,這樣會(huì)造成生產(chǎn)成本高,材料利用率低,勞動(dòng)強(qiáng)度大,經(jīng)濟(jì)效益低。為改變這種局面,運(yùn)用變薄旋壓技術(shù)制作不銹鋼保溫杯,具有以下優(yōu)點(diǎn):金屬塑性條件好,變形內(nèi)力小;材料利用率高,生產(chǎn)成本低;制品性能顯著提高,在旋壓之后材料的組織結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能均發(fā)生變化,晶粒度細(xì)小并形成具有纖維狀的特征;制品表面粗糙度低,尺寸公差小。

        2.2 芯軸設(shè)計(jì)

        芯軸的結(jié)構(gòu)由工作部分和固定連接部分組成[7]。芯軸與旋壓機(jī)的連接是通過芯軸的臺(tái)階和旋壓機(jī)工作臺(tái)上的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)配合定位,采用固定塊進(jìn)行壓緊,并利用螺釘固定。在旋壓過程中,芯軸隨著旋壓機(jī)下轉(zhuǎn)動(dòng)裝置進(jìn)行旋轉(zhuǎn),可以通過下轉(zhuǎn)動(dòng)裝置改變其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向。芯軸和固定塊安裝結(jié)構(gòu)如圖4所示。芯軸和固定塊實(shí)物如圖5所示。

        圖4 芯軸和固定塊結(jié)構(gòu)

        圖5 芯軸和固定塊實(shí)物

        2.3 旋壓輪設(shè)計(jì)

        不銹鋼保溫杯采用階梯式旋壓輪。該旋壓輪由3部分組成,包括前角引導(dǎo)段、旋壓段和后角過渡段。在旋壓過程中,將旋壓模具中3個(gè)旋壓輪分別固定安裝在旋壓機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置上,且3個(gè)旋壓輪放置在同一水平面,利用從動(dòng)輪結(jié)構(gòu)原理,使3個(gè)旋壓輪的旋轉(zhuǎn)速度一致,旋轉(zhuǎn)方向一樣,進(jìn)給速度相同。旋壓機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置通過絲桿帶動(dòng)旋壓輪上下滑動(dòng),對(duì)套在芯軸上的坯料實(shí)施旋壓,完成對(duì)坯料的變薄旋壓過程[8]。旋壓輪安裝如圖6所示,旋壓輪實(shí)物如圖7所示。

        圖6 旋壓輪結(jié)構(gòu)

        圖7 旋壓輪實(shí)物

        2.4 壓痕防皺輪設(shè)計(jì)

        變薄旋壓工藝屬于局部塑性成形,材料變形區(qū)易產(chǎn)生起皺現(xiàn)象[9],為了保證旋壓過程的順利完成,將3個(gè)旋壓輪在同一水平面進(jìn)行旋壓,在其后部安裝1個(gè)壓痕防皺輪,3個(gè)旋壓輪,1個(gè)壓痕防皺輪,不但徑向力可互相平衡,而且變形區(qū)由點(diǎn)接觸變?yōu)榻骗h(huán)形,能夠防止起皺現(xiàn)象的發(fā)生。并通過生產(chǎn)實(shí)踐,證實(shí)了其結(jié)構(gòu)的合理性、實(shí)用性、穩(wěn)定性。該壓痕防皺輪工作部分可分為4部分結(jié)構(gòu),即是前角引導(dǎo)段、防皺段、光整段和后角過渡段,能夠較好地防止保溫杯杯體在旋壓變薄過程中起皺,使旋壓過程順利完成,防皺效果好。壓痕防皺輪結(jié)構(gòu)如圖8所示。

        圖8 壓痕防皺輪

        2.5 不銹鋼保溫杯旋壓模具設(shè)計(jì)

        不銹鋼保溫杯模具設(shè)計(jì)總裝結(jié)構(gòu)如圖9所示。旋壓模具中的芯軸通過安裝螺釘緊固在固定塊上,固定塊通過臺(tái)階安裝固定在旋壓機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置,并隨下轉(zhuǎn)動(dòng)裝置一起帶動(dòng)芯軸旋轉(zhuǎn)。變薄旋壓模具中旋壓輪和壓痕防皺輪分別安裝在旋壓機(jī)上轉(zhuǎn)動(dòng)裝置上,利用從動(dòng)輪安裝原理,使3個(gè)旋壓輪和壓痕防皺輪轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向相同,進(jìn)給速度一致,旋壓輪和壓痕防皺輪在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí),旋壓機(jī)的絲桿傳動(dòng)工作臺(tái)帶動(dòng)旋壓輪和壓痕防皺輪上下移動(dòng),實(shí)施變薄旋壓過程。

        圖9 旋壓模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

        3 結(jié)束語

        文章通過采用變薄旋壓工藝,開發(fā)設(shè)計(jì)一套適用于不銹鋼保溫杯生產(chǎn)制造的變薄旋壓模具,改變了過去不銹鋼保溫杯的生產(chǎn)方式,不再采用落料、多次拉深的方式生產(chǎn)不銹鋼保溫杯,利用旋壓模具生產(chǎn)制造不銹鋼保溫杯,旋壓模具制造安裝容易,不銹鋼原材料利用率高,運(yùn)用旋壓模具生產(chǎn)不銹鋼保溫杯,材料利用率可以達(dá)到90%以上,顯著降低企業(yè)生產(chǎn)成本,提高了經(jīng)濟(jì)效益。通過生產(chǎn)實(shí)踐證明,該旋壓模具結(jié)構(gòu)合理,降低勞動(dòng)強(qiáng)度,提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力,社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著增加。

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