氮?dú)鈴椈稍阱懺焐a(chǎn)中的研究及應(yīng)用

文/尹松森，陸亞琮，李威，夏占雪·第一拖拉機(jī)股份有限公司鍛造廠(chǎng)

氮?dú)鈴椈稍阱懺焐a(chǎn)中的研究及應(yīng)用

文/尹松森，陸亞琮，李威，夏占雪·第一拖拉機(jī)股份有限公司鍛造廠(chǎng)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，汽車(chē)、工程機(jī)械的更新升級(jí)越來(lái)越快，其中鍛件的比重越來(lái)越大，進(jìn)而對(duì)鍛件質(zhì)量和精度的要求也越來(lái)越高。如何保證鍛件質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本已成為鍛造行業(yè)所面對(duì)的主要問(wèn)題。為控制或糾正鍛件的切邊變形，一般鍛件的工藝路線(xiàn)為下料→加熱→模鍛→切邊→熱校正，熱校正工序往往需要配備專(zhuān)用的設(shè)備、操作工人，而且還需要投入校正模具。而新的運(yùn)用氮?dú)鈴椈傻谋泄に嚳梢杂行Х乐?、抑制切邊變形，其工藝變?yōu)橄铝稀訜帷ｅ憽校ㄇ羞叄珱_孔＋熱校正），在保證鍛件精度的前提下，可以有效降低生產(chǎn)成本。

氮?dú)鈴椈山Y(jié)構(gòu)

圖1 氮?dú)鈴椈山Y(jié)構(gòu)示意圖

氮?dú)鈴椈墒且环N具有彈性功能的部件，它是將高壓氮?dú)饷芊庠诖_定的容器內(nèi)，外力通過(guò)柱桿將氮?dú)鈮嚎s。當(dāng)去除外力時(shí)，靠高壓氮?dú)馀蛎洠瑏?lái)獲得一定彈性壓力，這種部件稱(chēng)為氮?dú)飧谆驓怏w彈簧或氮?dú)飧讖棄貉b置，簡(jiǎn)稱(chēng)氮?dú)鈴椈?，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由于氮?dú)鈴椈删哂羞@樣的特點(diǎn)，所以當(dāng)壓力機(jī)滑塊處于最高位置時(shí)，頂出器也處于最高位置。此時(shí)，將鍛件放在頂出器上，滑塊向下移動(dòng)時(shí)，沖頭同時(shí)下移。當(dāng)沖頭接觸鍛件并推動(dòng)鍛件在凹模刃口上進(jìn)行切邊或切邊沖孔時(shí)，氮?dú)鈴椈衫脧?qiáng)大彈壓力向上推模具的頂出器，鍛件與頂出器同時(shí)運(yùn)動(dòng)，沖頭和頂出器緊抱鍛件。完成切邊或切邊沖孔后，滑塊向上移動(dòng)過(guò)程中，沖頭同時(shí)向上移動(dòng)，氮?dú)鈴椈赏苿?dòng)頂出器和鍛件同時(shí)向上運(yùn)動(dòng)，此過(guò)程鍛件在模具中是完全處于抱緊狀態(tài)。這樣有效防止了鍛件的切邊變形，保證了鍛件質(zhì)量。

氮?dú)鈴椈杉夹g(shù)

在鍛造切邊模具中應(yīng)用氮?dú)鈴椈杉夹g(shù)時(shí)，通常需考慮的問(wèn)題有，切邊力P、氮?dú)鈴椈蓮棄毫Φ拇笮?、氮?dú)鈴椈傻臄?shù)量、氮?dú)鈴椈傻脑鰤罕鹊取Ｔ谶M(jìn)行切邊工藝參數(shù)計(jì)算時(shí)，首先需要根據(jù)鍛件實(shí)際情況計(jì)算切邊力，根據(jù)鍛造工藝來(lái)選擇氮?dú)鈴椈傻男吞?hào)、規(guī)格、數(shù)目等。

一般來(lái)說(shuō)，不能根據(jù)切邊力P1計(jì)算的結(jié)果來(lái)直接進(jìn)行選擇，需要給切邊力一個(gè)增量再加上氮?dú)鈴椈傻牧α縋2，使其結(jié)果等于切邊壓床壓力的80％即可。具體原因如下：

⑴所計(jì)算的切邊力不可能表達(dá)出鍛件切邊時(shí)所需要的力量，考慮到切邊或沖連皮時(shí)鍛件發(fā)生彎曲、拉伸、刃口變鈍等原因，所以切邊力一般選取一個(gè)增大系數(shù)，通常取1.5～1.8。

⑵氮?dú)鈴椈傻念~定彈壓力并不等于氮?dú)鈴椈傻膶?shí)際彈壓力，因?yàn)樗诔錃鈺r(shí)，高壓氣體必然會(huì)有節(jié)流損失，從而使彈壓力有所下浮，所以必須考慮這部分變動(dòng)產(chǎn)生的影響。

⑶氮?dú)鈴椈山?jīng)過(guò)使用一段時(shí)間后，高壓氮?dú)鈺?huì)有一定漏損，造成彈壓力有所下降，使實(shí)際彈壓力低于額定彈壓力。因此，為了保證大批量生產(chǎn)順利進(jìn)行，選擇氮?dú)鈴椈尚枰黾?5％～20％彈壓力增量。

計(jì)算公式如下式所示：

80％P＞（1.5～1.8）P1+（1.15～1.2）P2

式中 P——壓床的公稱(chēng)壓力，MPa；

P1——切邊力，MPa；

P2——氮?dú)鈴椈傻膹棄毫?，MPa。

在鍛造模具設(shè)計(jì)中彈壓力的傳遞應(yīng)當(dāng)保持平衡，選用的氮?dú)鈴椈刹恢灰粋€(gè)，力量大小的選擇、數(shù)量的選擇、著力點(diǎn)的選擇等都要圍繞壓力平衡的問(wèn)題，以利于提高模具的使用壽命、保證鍛件的質(zhì)量。抱切模過(guò)程中，氮?dú)鈴椈赏恢苯咏佑|鍛件，彈壓力是通過(guò)頂料器將彈壓力進(jìn)行傳遞的。因此，為了避免偏載，整個(gè)力系應(yīng)當(dāng)基本保持平衡，或者說(shuō)整個(gè)力系對(duì)模具中心力矩應(yīng)當(dāng)基本為零，這時(shí)模具中心基本處于靜力平衡狀態(tài)，氮?dú)鈴椈蓮棄毫αο抵行呐c切邊或切邊沖孔壓力中心基本重合。

行程選擇

氮?dú)鈴椈傻男谐虘?yīng)滿(mǎn)足鍛造切邊或切邊沖孔的工藝要求，不同的鍛件，根據(jù)實(shí)際情況所要求的行程大小都不一樣。對(duì)于切邊沖孔，要求是彈力大，行程也比較大。為了安全起見(jiàn)，避免意外情況的發(fā)生，選用氮?dú)鈴椈蓵r(shí)還要考慮加大10mm的安全行程，從而保證氮?dú)鈴椈砷L(zhǎng)久正常地工作。

結(jié)構(gòu)形式選擇

當(dāng)鍛造工藝需要使用氮?dú)鈴椈蓵r(shí)，一般選用管路連接式的氮?dú)鈴椈奢^為合適，這樣整個(gè)系統(tǒng)中氮?dú)鈴椈傻膹棄毫σ恢?。壓力調(diào)整也比較簡(jiǎn)單，當(dāng)出現(xiàn)鍛件卡在模具中時(shí)，放氣較為方便。具體根據(jù)實(shí)際情況，也可以選擇獨(dú)立式的氮?dú)鈴椈伞?/p>

氮?dú)鈴椈煞€(wěn)定性

氮?dú)鈴椈蔁o(wú)論在安裝還是在工作時(shí)，都需要相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性和可靠性，正因?yàn)樗膹棄毫ο喈?dāng)大，一個(gè)氮?dú)鈴椈稍诓淮篌w積內(nèi)要釋放出幾百千克甚至幾噸的力量，而這個(gè)過(guò)程又在反復(fù)不斷進(jìn)行。因此，保持其工作的穩(wěn)定性就相當(dāng)重要。安裝緊固時(shí)，尤其是使用力量較大的氮?dú)鈴椈桑仨毚_保牢固，特別是反置氮?dú)鈴椈苫蛘呤前惭b在上模的氮?dú)鈴椈?，彈簧需要隨滑塊的運(yùn)動(dòng)而不斷地相對(duì)運(yùn)動(dòng)，只有牢固的連接才能保證氮?dú)鈴椈烧５摹⒎€(wěn)定的工作。

因此，在設(shè)計(jì)安裝氮?dú)鈴椈蓵r(shí)，在缸體或在柱塞開(kāi)設(shè)有一定深度的安裝孔，以確保其定位，避免發(fā)生偏斜。如果安裝不穩(wěn)定將會(huì)引起氮?dú)鈴椈珊湍＞叩膿p壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引發(fā)人身事故。所以，在使用氮?dú)鈴椈蓵r(shí)，必須充分重視這一點(diǎn)。

圖2 氮?dú)鈴椈傻那羞吥＞叩钠拭娼Y(jié)構(gòu)示意圖

避免沖擊和溫度過(guò)高

氮?dú)鈴椈傻墓ぷ餍再|(zhì)屬于柔性工作范疇，在模具工作過(guò)程中，開(kāi)啟與閉合都應(yīng)當(dāng)比較平緩、順利，不應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)沖擊現(xiàn)象。為了達(dá)到這個(gè)目的，對(duì)于采取獨(dú)立式氮?dú)鈴椈?，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使氮?dú)鈴椈傻闹晚敿髦g不留較大間隙，可以直接緊固。

氮?dú)鈴椈傻念l率響應(yīng)是很高的，鍛件一經(jīng)接觸氮?dú)鈴椈芍麠U就可以產(chǎn)生彈壓力，根本不需要有預(yù)緊過(guò)程，那么隨著壓力機(jī)滑塊上下運(yùn)動(dòng)，氮?dú)鈴椈砷_(kāi)啟（膨脹）和閉合（壓縮）響應(yīng)是非?？斓?。如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，尤其是在小噸位壓力機(jī)上使用氮?dú)鈴椈?，就有可能?huì)出現(xiàn)氮?dú)鈴椈赏苿?dòng)滑塊回程的現(xiàn)象，破壞了曲柄壓力機(jī)滑塊的曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，從而毀壞設(shè)備，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，應(yīng)當(dāng)盡量避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象。

氮?dú)鈴椈蓱?yīng)避免溫度過(guò)高，在鍛造切邊模具中，一般都是熱切邊，所以需要對(duì)氮?dú)鈴椈蛇M(jìn)行冷卻。通常在頂出器上做出安裝水管的螺紋孔，這樣就能接通冷卻水，保證模具在工作過(guò)程中溫度不至于過(guò)高，從而達(dá)到延長(zhǎng)模具壽命，提高生產(chǎn)效率的目的。

綜上所述，實(shí)際應(yīng)用生產(chǎn)過(guò)程中，氮?dú)鈴椈傻那羞吥＞叩钠拭娼Y(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

結(jié)束語(yǔ)

在國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，氮?dú)鈴椈傻膽?yīng)用會(huì)越來(lái)越多，應(yīng)用范圍會(huì)越來(lái)越廣。本文對(duì)氮?dú)鈴椈稍阱懺炷＞咧械膽?yīng)用進(jìn)行分析，詳細(xì)闡述了氮?dú)鈴椈稍阱懩ＴO(shè)計(jì)中的優(yōu)點(diǎn)和作用。通過(guò)采用氮?dú)鈴椈?，可以有效地解決鍛件在切邊時(shí)的變形問(wèn)題，在保證鍛件質(zhì)量的前提下，又提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)也縮短了模具制造周期，降低了生產(chǎn)成本。希望其他鍛造企業(yè)在結(jié)合自身生產(chǎn)工藝特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，能夠更多地采用氮?dú)鈴椈蛇M(jìn)行鍛件的生產(chǎn)。

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