從模具和鍛造壓力機(jī)角度優(yōu)化復(fù)雜大零件

文/約翰·范羅佩伊，馬克·范提爾·內(nèi)德史羅夫-赫倫特有限公司

譯/杜忠權(quán)

從模具和鍛造壓力機(jī)角度優(yōu)化復(fù)雜大零件

文/約翰·范羅佩伊，馬克·范提爾·內(nèi)德史羅夫-赫倫特有限公司

譯/杜忠權(quán)

現(xiàn)在企業(yè)壓力越來越大，我們必須改進(jìn)生產(chǎn)工藝，采用新技術(shù)和降低生產(chǎn)成本。內(nèi)德史羅夫-赫倫特有限公司一直在發(fā)展符合市場實(shí)際需要的戰(zhàn)略和低研發(fā)成本的制造規(guī)劃。本文通過一個(gè)實(shí)例說明如何改進(jìn)整個(gè)工藝過程。

起動(dòng)器部件

圖1所示的為一臺(tái)起動(dòng)馬達(dá)總成，圖上紅圈指的是裝在里面的起動(dòng)器部件。圖2所示的為起動(dòng)器部件、鍛件。

圖1 帶起動(dòng)器部件的起動(dòng)馬達(dá)總成

圖2 起動(dòng)器部件及鍛件

立式壓機(jī)的生產(chǎn)過程

此鍛件原來在三臺(tái)不同的立式壓機(jī)上分三步壓制成功，隨后還要在第二道工序中裝卡兩次。

連續(xù)工步

從棒料上切斷或鋸下的坯料經(jīng)過磷化處理以后，置于第一臺(tái)立式壓機(jī)上進(jìn)行鐓粗。鐓粗后對(duì)坯料進(jìn)行退火和磷化處理。在第二臺(tái)立式壓機(jī)上進(jìn)行擠孔和沖孔。此后再次進(jìn)行退火和磷化處理，在第三臺(tái)立式壓機(jī)上鍛出最終形狀。圖3所示為立式壓機(jī)上的連續(xù)工步。

圖3 立式壓機(jī)上的連續(xù)工步

圖4 立式壓機(jī)上第二道工序的成形過程

第二道工序

圖4為坯料經(jīng)過第二道工序最終成形的工藝過程。按照老工藝生產(chǎn)出來的鍛件在第二道工序里需要經(jīng)過兩次裝卡，裝卡部位分別是前側(cè)和內(nèi)孔以及外廓。

制造此零件的工藝十分費(fèi)時(shí)，在前一道工序里，需要兩次退火和三次磷化，在第二道工序里還需要進(jìn)行兩次。這些都說明這是一個(gè)需要許多庫存和缺乏靈活性的工藝生產(chǎn)過程。

合理化

我們的目標(biāo)就是在臥式多工位冷鐓機(jī)上高速制成零件，并且盡可能減少第二道工序的工作量。同時(shí)，直接從卷材上剪切下料還能最大程度地減少庫存。

臥式多工位冷鐓機(jī)上的生產(chǎn)過程

連續(xù)工步

圖5所示為臥式多工位冷鐓機(jī)上的連續(xù)工步。坯料直接從卷料上剪切下來后，通過5個(gè)工位鍛造成最后的形狀。

圖5 臥式多工位冷鐓機(jī)上的連續(xù)工步

■表1 NEDMAX系列臥式多工位冷鐓機(jī)的主要參數(shù)

圖6 NEDMAX系列壓機(jī)的實(shí)例

■表2 材料的化學(xué)成分 （單位：％）

圖7 鍛件缺陷圖

選擇設(shè)備

臥式多工位冷鐓機(jī)設(shè)備為一臺(tái)5工位NEDMAX系列的NM533型壓機(jī)，其主要參數(shù)見表1。

圖6是一臺(tái)NEDMAX系列壓機(jī)的外形。該壓機(jī)有6個(gè)工位，擁有開卷機(jī)、矯直機(jī)和主機(jī)組合成一體并帶送料裝置的線性線材拉拔裝置以及工模具快換裝置。

材料選擇

表2為選用材料的化學(xué)成分。對(duì)比10B22的材料和10B22M材料，如此大的直徑通過改變添加劑（M）的含量，改善力學(xué)性能（熱處理合金鋼所必需）。

存在的問題

圖7所示為臥式多工位冷鐓機(jī)生產(chǎn)鍛件存在的問題。出現(xiàn)開裂的原因主要有：擠壓成形時(shí)，不同的壁厚（內(nèi)部形狀）使材料產(chǎn)生不同的流動(dòng)；底厚相對(duì)于壁厚較薄。

解決方法

解決問題的方法主要有以下3點(diǎn)：

⑴優(yōu)化線材退火處理，使其最好具有球化的退火組織。

⑵擠壓桿前端的幾何形狀借助有限元法優(yōu)化。

⑶增加一點(diǎn)第二道工序中的材料損失，加厚鍛件的底部。

結(jié)果

圖8 鍛件成品

圖8所示在NEDMAX系列的NM533壓機(jī)上用臥式多工位冷鐓機(jī)生產(chǎn)出來的產(chǎn)品。

由圖可知，該鍛件的前端是平的，內(nèi)孔亦已鍛出。這意味著第二道工序在這些區(qū)域內(nèi)已不再有用。圖9所示為臥式多工位冷鐓機(jī)的第二道工序。由圖可知，臥式多工位冷鐓機(jī)的第二道工序只裝卡一次外廓。

節(jié)約成本

臥式多工位冷鐓機(jī)由于直接從線材上下料，故生產(chǎn)速度提高，可達(dá)90r/min，生產(chǎn)靈活性亦有所提高。工模具受熱等因素可能使下料體積發(fā)生變化，從而使產(chǎn)品或其尺寸產(chǎn)生誤差，但是這些誤差可以通過調(diào)節(jié)送料長度予以消除。目前用1臺(tái)臥式多工位冷鐓機(jī)代替3臺(tái)立式壓機(jī)便能生產(chǎn)這些鍛件，使中間坯料庫存量大量減少，鍛件第二道工序的工作量亦得以減少。

在NEDMAX系列壓機(jī)上采用下述方法還能進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，加裝線材末端精整裝置和線材拉拔裝置。

線材末端精整裝置

加了線材末端精整裝置后，留在機(jī)器內(nèi)最后6m線材便能用于生產(chǎn)產(chǎn)品。一卷線材里，6m線材平均重32kg。一個(gè)起動(dòng)器部件重約0.144kg（φ29.5mm×26mm）。一臺(tái)NEDMAX型號(hào)NM533的壓機(jī)年產(chǎn)約18500000個(gè)零件，那么每年節(jié)約材料2600t或1730卷線材（以每卷1.5t計(jì)）。加裝這種線材末端精整裝置后，每千克線材估計(jì)價(jià)格為0.90歐元，總的成本節(jié)約為49500歐元。

加裝線材拉拔裝置

圖10所示為一臺(tái)加裝了線材拉拔裝置的NEDMAX系列壓機(jī)。拉拔線的估計(jì)價(jià)格約為40歐元/t（軟化退火或球化退火線材）。在壓機(jī)上利用加裝的拉拔裝置拉制線材每年可以合計(jì)節(jié)約104000歐元。

圖9 臥式多工位冷鐓機(jī)的第二道工序

圖10 加裝的線材拉拔裝置

結(jié)束語

本文說明了費(fèi)時(shí)、費(fèi)錢的現(xiàn)行工藝，可以通過分析整個(gè)工藝流程加以優(yōu)化和合理化。立式壓機(jī)要使用數(shù)臺(tái)機(jī)器和不少中間坯料存儲(chǔ)的庫房，由此增加了成本開支。經(jīng)過這一革新，整個(gè)工藝過程變成只需一臺(tái)設(shè)備和沒有任何中間存儲(chǔ)庫房的靈活性很高的生產(chǎn)過程。

設(shè)計(jì)這一統(tǒng)合的工藝過程要求透徹地掌握有關(guān)材料、工模具、設(shè)備和產(chǎn)品的知識(shí)。內(nèi)德史羅夫-赫倫特有限公司長期從事這一項(xiàng)目的開發(fā)，在此領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。實(shí)踐證明該項(xiàng)目既能降低生產(chǎn)成本，又能保持原來產(chǎn)品的品質(zhì)。