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  試生產(chǎn)中出現(xiàn)鍛件質量不穩(wěn)定和模具壽命太低等問題,導致難以實現(xiàn)自動化生產(chǎn).質量不穩(wěn)定的表現(xiàn)是鍛件同軸度超差且無規(guī)律,模擬分析了預鍛同軸度對成形凸模等效應力和偏移量的影響,并通過提高坯料尺寸精度和調整鐓粗高度解決了同軸度的問題?使鍛件同軸度從最大直徑0.86mm減小到直徑0.4mm以內(nèi),確保了鍛件質量穩(wěn)定合格.成形凸模失效的表現(xiàn)是磨損.模擬分析了不同材料,潤滑系數(shù),凸模長徑比對模具磨損量的影響,并通過實驗確定,潤滑劑采用水基石墨,凸模材料采用3cr2w8v鋼,將模具壽命從15000件提高到10000件以上,可以連續(xù)生產(chǎn)20h以上.最終實現(xiàn)班產(chǎn)不換模具且無廢品,達到自動化生產(chǎn)的要求.
    錨套屬于圓柱體錐孔件,廣泛應用于各種工程.對強度有很高要求,傳統(tǒng)生產(chǎn)方式主要包括圓鋼直接機加工和開式熱模鍛等,這些傳統(tǒng)生產(chǎn)方式存在生產(chǎn)效率低,材料利用率低和加工成本高等問題,采用熱擠壓工藝能使錨套產(chǎn)品得到完整的金屬流線分布,提高錨套鍛件的整體力學性能及產(chǎn)品質量,還可以節(jié)材、節(jié)能、降低生產(chǎn)成本。但常規(guī)熱擠壓工藝大多是在液壓機上的單工序擠壓成形，或多機連線的多工序熱擠壓，都依靠人工操作，生產(chǎn)效率很低，不適用于錨具這類量大面廣零件的大批量生產(chǎn)，本文針對這類典型鍛件，開發(fā)了熱模鍛壓力機多工位自動化閉式熱擠壓工藝，優(yōu)化了閉式擠壓工藝參數(shù)，優(yōu)選了沖頭模具材料和潤滑劑,在提高生產(chǎn)效率的基礎上，獲得了理想的鍛件質量和較高的模具壽命，提高了該類產(chǎn)品的市場競爭力。
   熱模鍛壓力機閉式熱擠壓自動化生產(chǎn)工藝在國外已經(jīng)趨于成熟，而在國內(nèi)尚很少應用，原因之一是自動化閉式熱擠壓模具與其他熱成形模具相比壽命普遍較低。在熱擠壓過程中模具與坯料之間的熱交換，坯料變形及坯料與模具表面之間的摩擦引起的表層溫度升高對模具抗磨損能力有顯著影響另一原因是，在熱模鍛壓力機上實現(xiàn)自動化多工位閉式熱擠壓，各工位工序之間的關聯(lián)性極強，對成形工藝優(yōu)化和各工位模具的設計要求也很高。
   本文以圓柱體錐孔件，錨套為典型零件，設計了適用于熱模鍛壓力機自動化生產(chǎn)的四工位閉式熱擠壓工藝及熱擠壓模架和模具,解決了自動化閉式熱擠壓工藝中鍛件同軸度超差和模具壽命偏低的問題.采用AFDEEX模擬分析軟件進行閉式熱擠壓工藝優(yōu)化,通過現(xiàn)場實驗進一步調整優(yōu)化,最終得到質量穩(wěn)定合格的鍛件,成形凸模可以連續(xù)生產(chǎn)8h以上,成功實現(xiàn)了錨套類零件閉式熱擠壓工藝的自動化生產(chǎn).
1.工藝方案設計及試生產(chǎn)條件
   錨套鍛件材料為20crmnti鋼,中間孔的深徑比平均為1.6,擠壓斜度為8°，同軸度要求直徑0.4mm以內(nèi),經(jīng)過工藝模擬,制定錨套的多工位閉式熱擠壓工藝流程為:下料--中頻加熱--鐓粗--預鍛--終鍛--沖孔.將反擠壓過程分為預鍛和終鍛兩個工步,預鍛工步的作用是為終鍛工步的成形凸模定位及提高終鍛凸模的壽命,也可以平衡各工位鍛造力和打擊能量.
  本文使用AFDEX模擬軟件驗證上述工步,4個工位的最大載荷分別為270，920，1120和100kn，成形消耗總能量為11.1kj.工位2的凸模等效應力最大為443MPa,工位3的凸模等效應力最大為521mpa,根據(jù)模擬結果顯示此工藝是可行的.
   熱模鍛自動化生產(chǎn)線包括:500kw中頻爐、1000t熱模鍛壓力機、步進梁機械手、冷卻潤滑系統(tǒng)、傳送系統(tǒng)及四工位模具模架。坯料加熱溫度為1150~1200°c，生產(chǎn)效率為每分鐘8件.實際測得如下數(shù)據(jù)：始鍛溫度為1050~1100°c,氧化皮厚度小于0.15mm,經(jīng)過冷卻潤滑后的模具溫度可以保持在150°c左右.4個工位實際測得的載荷分別為250~300kn,1200~1500kn,1500~1700kn,100~200kn.
2.工藝調整及實驗
   根據(jù)上述模擬結果,并考慮自動化生產(chǎn)的要求,對錨套鍛件的閉式熱擠壓工藝進行調整.重點調整,鐓粗工步的直徑.經(jīng)過實際測量發(fā)現(xiàn),坯料鐓粗時,鐓粗件高度降低2mm,直徑約增加直徑1mm,根據(jù)這個數(shù)據(jù)來調整鐓粗件最大直徑與預鍛型腔內(nèi)徑的間隙,最終調整鍛件與型腔間隙在0.2~0.4mm左右,主要目的是盡量將鐓粗件在預鍛工位精確定位,減小因鐓粗件位置偏差產(chǎn)生的同軸度偏差.經(jīng)過工藝調整.預鍛件同軸度可以控制在直徑0.2mm以下,終鍛件同軸度在直徑0.4mm以下,達到鍛件圖要求.

   通過模擬分析,明確了終鍛件同軸度和成形凸模等效應力隨著預鍛件同軸度的增加而呈現(xiàn)增加趨勢.預鍛件同軸度在直徑0.4mm以內(nèi)的模擬結果能滿足終鍛件同軸度和模具等效應力的要求,根據(jù)模擬和實驗結果.調整鐓粗件高度,使鐓粗件的最大直徑與預鍛凹模的間隙在0.2mm~0.4mm之間,將終鍛件同軸度控制在直徑0.4mm以內(nèi),在鍛件質量方面實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)無廢品的目的.

   通過模擬和實驗對比,將模具材料和潤滑劑更換為3cr2w8w鋼和水基石墨.將凸模壽命從1500件提高到10000件以上,可以連續(xù)生產(chǎn)20h以上不換模具,達到了自動化生產(chǎn)的要求.