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        2A12鋁合金筒體旋壓工藝

        2021-12-22 11:13:54孟祥志吳新勇王秋菊宋麗君閆作銘
        金屬加工(冷加工) 2021年12期
        關(guān)鍵詞:旋壓毛坯外徑

        孟祥志,吳新勇,王秋菊,宋麗君,閆作銘

        北方華安工業(yè)集團(tuán)有限公司 黑龍江齊齊哈爾 161006

        1 序言

        隨著新產(chǎn)品的不斷更新,各種零件的尺寸精度要求也越來越嚴(yán)格。為加工出滿足客戶要求的產(chǎn)品,對(duì)產(chǎn)品的加工方法也不斷革新。旋壓是用于成形薄壁空心回轉(zhuǎn)體零件的一種金屬壓力加工方法。結(jié)合現(xiàn)有三種尺寸零件進(jìn)行旋壓工藝方案的設(shè)計(jì)、實(shí)施,并對(duì)研究結(jié)果做出分析及總結(jié)。

        2 強(qiáng)力冷旋壓工裝結(jié)構(gòu)

        我單位在旋壓加工2A12鋁合金筒體零件時(shí),選用圖1所示的強(qiáng)力冷旋壓工裝,取得了較好的應(yīng)用效果。

        圖1 強(qiáng)力冷旋壓工裝

        3 340mm長(zhǎng)零件的旋壓工藝方案設(shè)計(jì)及實(shí)施

        3.1 零件尺寸

        圖2所示340mm長(zhǎng)零件為帶有兩個(gè)臺(tái)階的筒形零件,由于其底部螺紋內(nèi)徑小,因此必須采用正旋壓方式。其口部外徑為137.50-0.63mm,最薄部位外徑為133.50-0.63mm,內(nèi)徑為127.5+0.630mm。

        圖2 340mm長(zhǎng)零件

        3.2 設(shè)備及模具

        340mm長(zhǎng)零件旋壓加工設(shè)備及模具尺寸和技術(shù)參數(shù)如下。

        1)心軸外徑127.52mm,硬度60HRC。模具徑向圓跳動(dòng):頭部0.15mm,根部0.03mm。

        2)旋輪:φ280mm,前R8mm×20°/中R8mm×20°/后R6mm×20°×3°擠光。徑向圓跳動(dòng):前輪(遠(yuǎn))0.05mm,中輪(上)0.03mm,后輪(近)0.03mm,硬度60HRC。

        3)旋輪錯(cuò)距4.12mm/3.52mm。

        4)尾頂壓6MPa。

        5)機(jī)床零點(diǎn)。A:836.128mm,X(前輪/遠(yuǎn)):-20.954mm,Z(中輪/上):-16.54mm,Y(后輪/近):-21.67mm。

        6)主軸旋轉(zhuǎn)方向:面向主軸,逆時(shí)針。

        3.3 毛坯

        340mm長(zhǎng)零件毛坯如圖3所示。熱處理狀態(tài):H112狀態(tài)退火,隨爐升溫至380℃,保溫45min,爐冷至260℃,空冷。毛坯尺寸:內(nèi)徑127.75+0.030mm×厚8.1+0.10mm×長(zhǎng)188mm。硬度:端面378~381HL,筒體325~334HL。

        圖3 340mm長(zhǎng)零件毛坯

        3.4 三道次正旋壓(方案一)

        三道次正旋壓工藝流程為:控制每道次旋壓工件壁厚8.2mm→6.12mm→4.65mm→退火(隨爐升溫至330℃,保溫1h,爐冷至260℃,空冷)→3.3mm(單邊留0.6mm機(jī)械加工余量)。340mm長(zhǎng)零件三道次正旋壓工藝參數(shù)見表1;第一道次及第二道次程序如圖4所示,第三道次程序如圖5所示;旋壓后毛坯與零件對(duì)比如圖6所示。

        圖6 旋壓后毛坯與零件對(duì)比

        表1 340mm長(zhǎng)零件三道次正旋壓工藝參數(shù)

        圖4 方案一340mm長(zhǎng)零件第一道次及第二道次程序

        圖5 方案一340mm長(zhǎng)零件第三道次程序

        第二道次旋壓后外徑137.20mm,口部外徑達(dá)到圖樣要求;然后進(jìn)行第三道次旋壓,由于外徑兩個(gè)臺(tái)階處過渡長(zhǎng)度僅5mm,不符合旋壓規(guī)律,因此旋壓后外徑留余量,可機(jī)械加工成形。

        采用三道次成形時(shí),內(nèi)徑過渡處不平緩,達(dá)不到零件加工要求,因此設(shè)計(jì)兩道次成形。

        3.5 兩道次正旋壓(方案二)

        340mm長(zhǎng)零件兩道次正旋壓工藝流程為:控制每道次旋壓工件壁厚8.2mm→5.8mm→3.3mm(單邊留0.6mm機(jī)械加工余量)。340mm長(zhǎng)零件兩道次正旋壓工藝參數(shù)見表2;第一道次程序如圖7所示,第二道次程序如圖8所示;兩道次旋壓方案成形零件如圖9所示。

        表2 340mm長(zhǎng)零件兩道次正旋壓工藝參數(shù)

        圖7 方案二340mm長(zhǎng)零件第一道次程序

        圖8 方案二340mm長(zhǎng)零件第二道次程序

        圖9 兩道次旋壓方案成形零件

        成形后單邊留0.5mm機(jī)械加工余量,口部在第二道次也進(jìn)行旋壓,解決了過渡不平緩的問題,達(dá)到了技術(shù)要求。

        4 770mm長(zhǎng)零件的旋壓工藝方案設(shè)計(jì)及實(shí)施

        4.1 零件尺寸

        圖10所示770mm長(zhǎng)零件為帶有兩個(gè)臺(tái)階的筒形零件,由于底部螺紋內(nèi)徑小,因此必須采用正旋壓??诓客鈴綖?37.50-0.5mm,中間臺(tái)階部位外徑為140-0.4-0.6mm,最薄部位外徑為133.50-0.4mm,內(nèi)徑為127.5+0.630mm。

        圖10 770mm長(zhǎng)零件

        4.2 設(shè)備及模具

        770mm長(zhǎng)零件旋壓加工設(shè)備及模具尺寸和技術(shù)參數(shù)如下。

        1)心軸外徑127.52mm,硬度60HRC。模具徑向圓跳動(dòng):頭部0.15mm,根部0.03mm。

        2)旋輪:φ280mm,前R8mm×20°/中R8mm×20°/后R6mm×20°×3°擠光。徑向圓跳動(dòng):前輪(遠(yuǎn))0.05mm,中輪(上)0.03mm,后輪(近)0.03mm,硬度60HRC。

        3)旋輪錯(cuò)距4.12mm/3.52mm。

        4)尾頂壓6MPa。

        5)機(jī)床零點(diǎn)。A:836.128mm,X(前輪/遠(yuǎn)):-20.954mm,Z(中輪/上):-16.54mm,Y(后輪/近):-21.67mm。

        6)主軸旋轉(zhuǎn)方向:面向主軸,逆時(shí)針。

        4.3 毛坯

        770mm長(zhǎng)零件毛坯如圖11所示。熱處理狀態(tài):H112狀態(tài)退火,隨爐升溫至380℃,保溫45min,爐冷至260℃,空冷。毛坯尺寸:內(nèi)徑127.75+0.030mm×厚8.1+0.10mm×長(zhǎng)417mm。硬度:端面378~381HL,筒體325~334HL。

        圖11 770mm長(zhǎng)零件毛坯

        4.4 兩道次正旋壓

        770mm長(zhǎng)零件兩道次正旋壓工藝流程為:控制每道次旋壓工件壁厚8.1mm→6.6mm(外徑141mm,車削至139.5mm)→3.7mm(外徑135mm,車削至133.3mm)。770mm長(zhǎng)零件兩道次正旋壓工藝參數(shù)見表3;第一道次程序如圖12所示,第二道次程序如圖13所示;旋壓后產(chǎn)品如圖14所示。

        表3 770mm長(zhǎng)零件兩道次正旋壓工藝參數(shù)

        圖12 770mm長(zhǎng)零件第一道次程序

        圖13 770mm長(zhǎng)零件第二道次程序

        圖14 旋壓后產(chǎn)品

        5 608mm長(zhǎng)零件的旋壓工藝方案設(shè)計(jì)及實(shí)施

        5.1 零件尺寸

        圖15 所示608mm長(zhǎng)零件為帶有3個(gè)臺(tái)階的筒形零件,由于內(nèi)徑為等徑,因此可采用反旋壓工藝,4處外徑分別為

        圖15 608mm長(zhǎng)零件

        5.2 設(shè)備及模具

        608mm長(zhǎng)零件旋壓加工設(shè)備及模具尺寸和技術(shù)參數(shù)如下。

        1)心軸外徑122.18mm,硬度60HRC。模具徑向圓跳動(dòng):頭部0.10mm,根部0.02mm。

        2)旋輪:φ280mm,前R8mm×20°/中R8mm×20°/后R6mm×20°×3°擠光。徑向圓跳動(dòng):前輪(遠(yuǎn))0.05mm,中輪(上)0.03mm,后輪(近)0.03mm,硬度60HRC。

        3)旋輪錯(cuò)距5.5mm/5.0mm。

        4)尾頂壓6MPa。

        5)機(jī)床零點(diǎn)。A:-388.8mm,X(前輪/遠(yuǎn)):-23.624mm,Z(中輪/上):-19.21mm,Y(后輪/近):-24.34mm。

        6)主軸旋轉(zhuǎn)方向:面向主軸,逆時(shí)針。

        5.3 毛坯

        608mm長(zhǎng)零件毛坯如圖16所示。熱處理狀態(tài):H112狀態(tài)退火,隨爐升溫至380℃,保溫1h,爐冷至260℃,空冷。毛坯尺寸:內(nèi)徑122.2+0.10mm×厚10.2+0.10mm×長(zhǎng)410mm。硬度:端面378~381HL,筒體325~334HL。

        圖16 608mm長(zhǎng)零件毛坯

        5.4 兩道次反旋壓

        608mm長(zhǎng)零件兩道次反旋壓工藝流程為:控制每道次旋壓工件壁厚10.2mm→9.08mm→5.48mm(單邊留1.68mm機(jī)械加工余量)。608mm長(zhǎng)零件兩道次反旋壓工藝參數(shù)見表4,旋壓程序如圖17所示,旋壓后的鋁筒件如圖18所示。

        表4 608mm長(zhǎng)零件兩道次反旋壓工藝參數(shù)

        圖17 旋壓程序

        圖18 旋壓后的鋁筒件

        6 結(jié)果分析

        通過對(duì)三種不同尺寸的鋁筒件的旋壓過程及結(jié)果進(jìn)行分析,總結(jié)出幾種因素對(duì)鋁筒件硬度、內(nèi)徑精度及內(nèi)徑的影響如下。

        6.1 旋壓過程對(duì)鋁筒件硬度的影響

        旋壓前毛坯一般采用軟態(tài)進(jìn)行成形。這是因?yàn)檐洃B(tài)時(shí)塑性較好,利于旋壓塑性變形。軟態(tài)一般指O態(tài),也可采用H112狀態(tài)進(jìn)行退火處理。本研究即采用H112狀態(tài)毛坯進(jìn)行退火處理。

        旋壓后毛坯表面硬化,如果繼續(xù)旋壓變形,容易出現(xiàn)裂紋等缺陷,因此需要進(jìn)行旋壓道次間退火,恢復(fù)材料塑性,以便下一步旋壓變形。旋壓后中間退火如圖19所示,毛坯旋壓前后對(duì)比如圖20所示。

        圖19 旋壓后中間退火

        圖20 毛坯旋壓前后對(duì)比

        H112狀態(tài)毛坯的硬度為325~334HL;380℃退火后硬度為313~320HL,硬度下降,但下降程度不大;旋壓后工件壁厚由8.1mm減薄至4.65mm,工件表面硬化,硬度增大到347~360HL;然后進(jìn)行330℃退火,硬度減小到293~300HL,下降幅度較大,比H112狀態(tài)毛坯退火后的硬度還低,為下一步變形提供了基礎(chǔ)。

        6.2 減薄率對(duì)內(nèi)徑精度的影響

        表5為不同減薄率對(duì)內(nèi)徑的影響,在進(jìn)給比不變的情況下,隨著減薄率由18.5%增大到24.4%、28.4%,內(nèi)徑由128.00mm減小到127.80mm、1 2 7.7 5 mm,即隨著減薄率增大,內(nèi)徑逐漸減小。旋壓前毛坯內(nèi)徑為127.80mm,擴(kuò)徑量分別為0.20mm、0mm和-0.05mm,即擴(kuò)徑量逐漸減小,更有利于貼模。

        表5 不同減薄率對(duì)內(nèi)徑的影響

        6.3 進(jìn)給比對(duì)內(nèi)徑精度的影響

        表6為不同進(jìn)給比對(duì)內(nèi)徑的影響,在減薄率不變的情況下,隨著進(jìn)給比由0.8mm/r增大到1.0mm/r、1.2mm/r,內(nèi)徑由127.77mm減小到127.71mm和127.60mm,即隨著進(jìn)給比增大,內(nèi)徑逐漸減小。芯模外徑為127.52mm,擴(kuò)徑量分別為0.25mm、0.19mm和0.08mm,即進(jìn)給比逐漸增大,更有利于貼模。

        表6 不同進(jìn)給比對(duì)內(nèi)徑的影響

        6.4 旋壓道次對(duì)內(nèi)徑精度的影響

        表7為不同旋壓道次對(duì)內(nèi)徑的影響,第一道次進(jìn)給比為0.8mm/r,毛坯為內(nèi)徑127.80mm,旋壓后內(nèi)徑為128.00mm,擴(kuò)徑0.20mm;第二道次進(jìn)給比增大到1mm/r,旋壓后內(nèi)徑為127.90mm,較旋壓前內(nèi)徑減小0.10mm,呈現(xiàn)收徑趨勢(shì)。第二道次旋壓后,進(jìn)行中間退火(隨爐升溫至330℃,保溫1h,爐冷至260℃,空冷),硬度降低;第三道次進(jìn)給比為1mm/r,旋壓后收徑0.10mm,呈現(xiàn)收徑的趨勢(shì)。

        表7 不同旋壓道次對(duì)內(nèi)徑的影響

        6.5 旋壓軌跡對(duì)內(nèi)徑的影響

        340mm長(zhǎng)零件經(jīng)過兩道次旋壓后,外徑旋壓至零件的口部尺寸,即φ137.50-0.63mm,旋壓后為137.16~137.22mm,然后再進(jìn)行第三道次成形,口部不進(jìn)行變形,口部?jī)?nèi)徑位置出現(xiàn)過渡不平緩的問題,達(dá)不到產(chǎn)品技術(shù)要求。對(duì)工藝進(jìn)行優(yōu)化,第一道次外徑旋壓至139.40mm,第二道次再進(jìn)行變形旋壓至138.3mm(單邊留0.55mm機(jī)械加工余量),底部變形至134.45mm(單邊留0.62mm機(jī)械加工余量)。留機(jī)械加工余量的主要原因是口部臺(tái)階高度僅5mm,旋壓工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn),如果設(shè)計(jì)為10mm以上,則外徑不需要留余量,直接成形至成品尺寸即可。經(jīng)過工藝優(yōu)化,解決了口部過渡處內(nèi)徑過渡不平緩的問題。

        608mm長(zhǎng)零件工藝優(yōu)化前采用第一道次旋壓后,外徑由143.00mm減薄至140.50mm(單邊留0.5mm機(jī)械加工余量),然后進(jìn)行第二道次旋壓,口部不進(jìn)行旋壓,旋壓后內(nèi)徑出現(xiàn)過渡不平緩現(xiàn)象。工藝優(yōu)化后,第一道次口部留98mm不進(jìn)行旋壓,第二道次外徑由143.00mm直接減薄至140.50mm,這樣尾頂端外徑由143.00mm減薄至133.20mm(單邊留1.6mm機(jī)械加工余量),同時(shí)進(jìn)行變形,解決內(nèi)徑過渡不平緩問題。

        綜上所述,對(duì)于帶有臺(tái)階的零件,在最終成形時(shí)各個(gè)臺(tái)階均需進(jìn)行減薄變形,內(nèi)徑過渡更趨于平緩,內(nèi)徑成形質(zhì)量更高。

        6.6 正旋壓/反旋壓對(duì)內(nèi)徑的影響

        正旋壓/反旋壓對(duì)內(nèi)徑的影響見表8。正旋壓時(shí),旋壓前毛坯內(nèi)徑為127.80mm,進(jìn)給比為1mm/r時(shí),擴(kuò)徑量為0.20mm。如果進(jìn)給比為0.8mm/r,則擴(kuò)徑量更大。反旋壓時(shí),旋壓前毛坯內(nèi)徑為122.25mm,進(jìn)給比為0.8mm/r時(shí),擴(kuò)徑量為0.15mm,與正旋壓相比,反旋壓時(shí)擴(kuò)徑量較小,即更有利于貼模。正旋壓產(chǎn)品如圖21所示,反旋壓產(chǎn)品如圖22所示。

        圖21 正旋壓產(chǎn)品

        圖22 反旋壓產(chǎn)品

        表8 正旋壓/反旋壓對(duì)內(nèi)徑的影響

        7 結(jié)束語(yǔ)

        針對(duì)薄壁鋁筒件采用旋壓技術(shù),不僅節(jié)約成本,而且能夠提高產(chǎn)品的合格率。結(jié)合三種不同尺寸鋁筒件旋壓工藝進(jìn)行研究,對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析,總結(jié)出影響鋁筒件硬度、內(nèi)徑精度及內(nèi)徑的因素,可為不同尺寸的薄壁鋁筒件旋壓工藝提供參考和借鑒。

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