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濾清器卡簧分析與模具改進

文章作者:凯时kb88手机版app【AG集团网址:ag88vip.me】彈簧发布时间:2018/7/16 15:21:03浏覽次數:

  濾清器卡簧相對于機加工零件,冷镦零件機械性能一般可提高10%左右,有的甚至達20%,加工效率可達50倍以上,而材料利用率可提高近100%.螺栓、螺釘、鉚釘等緊固件的生産幾乎80%以上采用冷镦方法,它是緊固件加工的首選工藝。然而冷镦作爲一門獨立的工藝卻沒有得到足夠的重視,專門介紹冷镦工藝及模具設計方面的資料極少。並且相對于民品緊固件材料大部分爲碳素鋼,航空發動機緊固件由于使用環境更惡劣、性能要求更高,故材料很多爲高強度結構鋼、高溫合金或钛合金等,加大了冷镦的難度。某航空發動機公司目前冷镦零件毛坯基本加工沖抽油壓力應小一些爲好。沖抽油方式如所示。

  4.加工過程的監控電火花加工一切准備就緒時,就可以起動機床過程如所示。近年來,由于緊固件裂紋等原因而導致的航機事故也偶有發生。可見,看似形狀簡單的緊固件的質量仍然不容小視。本文通過分析某航空發動機公司某六角頭螺栓質量問題,找出引起冷镦缺陷的主要原因,並利用有限元體積模擬軟件模擬冷镦過程,進而優化模具設計,使産品質量得到很大提高,也爲冷镦模設計提供了較好的價值。

  開始進行加工。在加工的過程中,要隨時監控加工狀態。對加工中不正常的放電狀態及時采取相應的處理方法,保證加工的順利進行。主要是防止發生拉弧現象,一般可通過修改擡刀參數、清理電極和工件、調整電規准參數等措施來改善放電狀況。

  目前数控电火花机床的加工性能已经有了很大的提高,濾清器卡簧一些先进数控电火花机床的智能化控制技术几乎可以代替人工监控。加工中由计算机监测、判断电火花加工间隙的状态,在保持稳定电弧的范围内自动选择使加工效率达到最高的加工条件。但机床的智能控制技术不是万能的,还是不能忽视人工监控的作用。尤其像在深孔加工、大锥度加工、大面积加工等一些比较特殊的加工场合,人工监控就有其意义了。MW某材料为GH2132的六角头螺栓,在一模两冲冷镦机CH -6L上冷镦,冷镦后螺栓头部外圆周折痕现象明显,甚至有裂纹产生,类似缺陷如所示。由于缺陷太深,车除加工余量后,仍然不能满足相应验收要求,导致生产无法继续进行。

  冷镦过程中产生折痕/裂纹的原因很多,有材料自身原因,如材料偏析严重、硬度过高、表面有过划痕等;濾清器卡簧有冷镦模具原因,如粗镦模具型腔设计不合理、精镦模体积不正确、阴模腔间隙过大/过小、剪刀模送进距离大/小、剪刀模夹持过紧、凸凹模腔错位等;同时,坯料切断面斜角过大,润滑效果差,冷镦机不稳定都可能造成折痕/裂纹。由于材料入厂复验各项指标均符合相关验收标准,设备运行较稳定,故主要从模具方面着手解决折痕/裂纹缺陷问题。

  (1)坯料成形分析對于一定規格的材料,镦鍛比愈小加工愈容易;镦鍛比較大時,在制定工藝時應該適當增加镦鍛次數,一般镦鍛比與镦鍛次數的關系如表1所示。

  表1镦锻比与镦锻次数的关系表镦锻比S镦锻次数/n某六角头螺栓冷镦前总长L= 25.5mm,直径为1mm,冷镦后毛坯要求杆部长12.5mm,螺栓头高2.65mm.通过计算,此六角头螺栓镦锻比S =13/3.1.4.19,冷镦变形程度占=(13-2.65)/13x100%=79.6%.镦锻比S已接近二次镦锻的极限,并且,一般材料镦锻比达3时,镦粗就容易产生双鼓形;大于3后,坯料就容易产生类似于压杆失稳的纵向弯曲。加之坯料切断面不可能完全平整,这样粗镦时坯料就受到一个垂直于轴线的分量力的干扰,加剧了纵向弯曲趋势。所示为慢速调整过程中粗镦后的坯料变形情况(试验时只关注螺栓头部的变形情况,故图中非变形区的杆部长度有不一致的现象)。从图中可看出,粗镦时侧弯十分明显(速度太慢也在一定程度上会加剧此种缺陷),导致精镦时根本不可能弥补此缺陷,于是极易形成类似于所示的折痕。同时零件变形程度大,精镦后坯料局部接近或超过材料许用变形程度从而使螺栓头部产生裂纹。

  粗镦試驗後的毛坯是美國SFTC公司開發的一套專門用于金屬塑性成形的軟件,是當今國際上最流行的金屬加工數值模擬軟件之一。在模具設計階段,有限元模擬可以分析材料的流動規律,預測是否産生缺陷,從而檢驗模具形狀與尺寸設計的合理性,優化模具設計和其他工藝參數。

  首先依據工藝要求的實際尺寸,在Pro/E3.0中對坯料、粗镦模、精镦模、冷镦凹模造型,保存爲。stl格。然後導入Deform3D軟件中,模擬過程中,爲了減少計算量,假設模具爲剛體,在冷镦過程中不發生變形。坯料材料選擇軟件材料庫中的美國牌號A286(相當于此六角頭材料GH2132)。設置模擬各參數,依零件冷镦成形過程進行模擬,模擬結果如所示。從可見,模擬結果與坯料冷镦生産結果基本一致。所以,爲了解決折痕/裂紋缺陷,粗镦側彎必須盡量減小或避免。

  舍卷A工冷加工粗镦模的設計原則是:首先,要求有盡可能大的變形比,爲第二次镦鍛成形做准備;其次,要避(b)精镦模擬Deform3D模擬結果免金屬纖維産生縱向彎曲。傳統的粗镦模型腔都是簡單的圓錐結構,爲了使粗镦盡可能産生較大變形使兩次成形均勻,只得通過加大圓錐角,但隨著角度的增加,坯料成形過程中縱向彎曲的傾向也在加大。爲了兼顧兩方面,在試驗摸索基礎上,提出了圓柱腔+彈簧結構粗镦模設計方案。在保證粗镦較大變形量的同時,通過在粗镦模型腔小端增加一個圓柱形型腔來加強定位導向作用,增加坯料在變形中的穩定性,如所示。針對加定位腔在一定程度上使坯料粘模傾向加大的問題,采用彈簧頂杆結構。這樣既有利于減弱坯料端面不平帶來的影響,也能避免模具潤滑不好時坯料粘模狀況的發生。

  新型粗镦模具的主要参数/3、h、y和(。粗镦模锥角可表2,由于此六角头螺栓镦锻比及变形率均很大,濾清器卡簧在保证粗、精镦变形量基本合理的情况下,尽量采用大角度。通过Deform3D模拟粗镦模型腔角度不同情况下粗镦成形后的坯料形状,确认一个基本的角度范围。再结合范围内各角度下采用0.5mm、1.0mm、2. 5mm的定位腔高度时,模拟坯料粗镦试验状况。可知,在一定范围内随着定位腔高度增大,定位导向作用增强,侧弯逐渐被消除。而对于两次镦锻成形的零件,一般粗镦后高度为原变形部分总高度的2/3.所以h值过大,会导致粗镦变形量减少;而锥角/3过大,也会削弱坯料成形过程中的稳定性。通过比较模拟试验,此六角头螺栓,定位腔高度h=1.82.3mm,锥角/3为34为宜。结合冷镦机床设备合模情况,在确定模具定位腔及锥角/3的同时,考虑坯料镦锻前后体积基本不变原则上求出中的y值。

  表2镦鍛比與粗镦模鍛角關系表镦鍛比(平均)新型結構設計效果通過采用新型粗镦模設計方案,坯料在成形過程中,濾清器卡簧由于圓柱腔加強了對坯料定位導向作用,成形過程更穩定,大镦鍛比的某六角頭螺栓粗镦側彎現象完全得到消除,加上彈簧存在頂出作用,粘模現象也沒有發生,産品最終镦粗尺寸合格,外表質量符合相關驗收標准。

  通過采用新型粗镦模:圓柱腔+彈簧頂出結構,解決了一模二沖設備冷镦某大镦鍛比大變形量螺栓側彎缺陷問題,爲今後類似零件的冷镦模設計提供了很好的思路。

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