鈦電極毛坯鐓頭模設(shè)計(jì)

趙凱

陜西先鋒東太鈑金技術(shù)有限公司 陜西西安 710000

1 序言

高頻爐和真空爐里用的鈦電極采用機(jī)械加工的方式生產(chǎn)，生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)效率低。為了降低鈦電極的生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，國(guó)內(nèi)一家高頻爐和真空爐的配套企業(yè)與我公司簽訂了鈦電極毛坯鐓頭模的設(shè)計(jì)和加工合同。

2 產(chǎn)品介紹

鈦電極可用于高頻爐和真空爐，另外還可用于酸性液體的測(cè)量?jī)x。鈦電極產(chǎn)品圖樣如圖1所示，有以下要求：①冷鐓后頭部不能有劃傷、壓痕，頭部圓弧面表面粗糙度值Ra達(dá)0.32μm。②未注尺寸公差按孔H14、軸h14、長(zhǎng)度JS14加工。

圖1 鈦電極產(chǎn)品

用普通設(shè)備很難澆鑄成形和焊接鈦電極。其材料鈦合金的切削加工性能較差，主要原因是其導(dǎo)熱性差，致使切削溫度很高，降低了刀具的耐用度。

3 加工方式比較

鈦電極原來(lái)采用數(shù)控車床加工，需要經(jīng)過(guò)5步加工工序：下棒料→粗車→半精車→精車→車螺紋。加工時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)操作人員的操作能力要求較高，生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)效率低。

鈦電極現(xiàn)在采用沖壓的方式進(jìn)行生產(chǎn)。首先根據(jù)鈦電極的外形設(shè)計(jì)和制作一套鐓頭模，在沖床上先將鈦電極的外形尺寸全部鐓出，然后再將螺紋車出，將原來(lái)的5步工序縮減到了2步工序，不僅降低了加工成本，而且提高了生產(chǎn)效率。

4 生產(chǎn)設(shè)備選用

根據(jù)零件的形狀要求和工廠現(xiàn)有的設(shè)備，選擇25t沖床，型號(hào)為JN23-25A，滑塊行程80mm，上滑塊尺寸為170m m×210m m，下臺(tái)面尺寸為330mm×500mm。根據(jù)現(xiàn)有沖床臺(tái)面，模具閉合高度應(yīng)控制在250mm以內(nèi)。

5 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鈦電極毛坯鐓頭模開發(fā)初期，冷鐓后的鈦電極形狀未達(dá)到圖樣的尺寸要求，通過(guò)對(duì)試模零件的分析和驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)在模具設(shè)計(jì)階段未將凸模中部的圓弧R加工至圖樣上該產(chǎn)品的頭部尺寸。將凸模中部的圓弧R修成圖樣上該產(chǎn)品的頭部尺寸，通過(guò)電脈沖成形，經(jīng)試模，冷鐓后的產(chǎn)品頭部形狀符合圖樣要求。

模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)及對(duì)應(yīng)解決方法如下。

1）在模具凹?？椎南虏吭O(shè)計(jì)一個(gè)頂料柱，用來(lái)將冷鐓后的零件頂出，由于該電極的頭部是圓弧形狀，因此需要在凸模下部的中心設(shè)計(jì)一個(gè)向內(nèi)的圓弧面，且尺寸與圖樣上電極頭部的圓弧面相吻合，這樣才能通過(guò)冷鐓使電極頭部的圓弧面符合要求[1]。

2）通過(guò)對(duì)這套模具的分析，設(shè)計(jì)了一個(gè)拉板，對(duì)拉板進(jìn)行受力計(jì)算，向外拉拉板這一較小的力將會(huì)對(duì)拉板上的頂料柱產(chǎn)生一個(gè)較大的頂力，從而克服鈦電極冷鐓后卡在凹模型腔的擠壓力，使冷鐓后的鈦電極順利地從凹模型腔內(nèi)頂出。取出零件后，操作人員只需將拉板推向里側(cè)，拉板上面的頂料柱就會(huì)隨著拉板上表面的斜面滑向最低端，然后就可放入下一個(gè)坯料進(jìn)行冷鐓。

3）由于在冷鐓的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大的冷鐓力，為了避免凹模和凸模出現(xiàn)破裂，需要在凹模和凸模外增加預(yù)應(yīng)力圈，依靠預(yù)應(yīng)力圏的包緊力來(lái)增加凸模和凹模的強(qiáng)度。采用熱鑲的形式將凹模和凸模分別鑲?cè)胪鼓９潭ò搴桶寄９潭ò鍍?nèi)，通過(guò)固定板的包緊力來(lái)增加鑲件的強(qiáng)度。將熱鑲的過(guò)盈量全部定為0.05mm，凹模和凸模的上表面和公差孔全部在熱鑲后進(jìn)行精加工，保證內(nèi)孔與外圓的同軸度。全部鑲件的材料均選用YG15，凹模固定板和凸模固定板材料選用45鋼。該模具不選用上模座，而是在模柄上設(shè)計(jì)一個(gè)沉孔，通過(guò)頂絲將凸模固定板頂在模柄沉孔內(nèi)，從而節(jié)省了制作上模座和上墊板的費(fèi)用，而且使該模具便于維修，拆卸方便[2]。

6 關(guān)鍵點(diǎn)解析

為了方便取出零件，最初這套鐓頭模設(shè)計(jì)成了分體式（見圖2），通過(guò)手把扳動(dòng)凸輪，實(shí)現(xiàn)模具下模部分的開合。但經(jīng)過(guò)分析論證，發(fā)現(xiàn)這套模具存在缺陷，由于模具下模部分是由兩部分組成，在結(jié)合處必然存在縫隙，鈦電極冷鐓時(shí)，頭部材料在流動(dòng)過(guò)程中，縫隙的存在極有可能使電極頭部在有縫隙處形成分型面，從而無(wú)法滿足圖樣要求。因此，將鈦電極冷鐓模設(shè)計(jì)成整體式（見圖3），通過(guò)這一設(shè)計(jì)，保證了冷鐓后產(chǎn)品各項(xiàng)尺寸的正確，同時(shí)也減少了模具的制作費(fèi)用，延長(zhǎng)了模具的使用壽命[3]。

圖2 分體式模具結(jié)構(gòu)

圖3 整體式模具結(jié)構(gòu)

7 結(jié)束語(yǔ)

此模具投入生產(chǎn)后，冷鐓后的鈦電極質(zhì)量穩(wěn)定，模具壽命高，連續(xù)冷鐓超過(guò)30萬(wàn)次。模具結(jié)構(gòu)合理，維修方便，效率高，是一套成功的冷鐓模。