闭塞模锻双动液压模架的研制
刘化民,黄良驹,梁继才
(吉林大学辊锻工艺研究所,吉林长春 130022)
摘 要:在综合分析国内外现有闭塞模锻模架的基础上,研制出了双冲头作用式闭塞模锻液压模架。本模架利用上下液压缸完成模具开合工作,压力机上滑块下行时,通过四连杆机构实现上、下凸模以预先调定的速比联动。在8000 kN框架式液压机上利用该模架进行了捷达轿车差速器半轴齿轮闭塞冷锻工艺试验。试验证明,该模架设计合理,动作安全可靠,各项性能指标均达到了设计要求。
关键词:塑性加工工艺与设备;闭塞冷锻;双动液压模架;半轴齿轮
中图分类号:TG376 文献标识码:A
闭塞模锻技术是近年来发展十分迅速的一种精密塑性成形新方法[1],与模锻和挤压不同,闭塞锻造需要三重动作和工作压力。其成形过程是先将上下凹模闭合并施加合模力,将毛坯封闭于凹模型腔内,在压力机滑块作用下,凸模在一个方向或多个方向对坯料施加成形力,使坯料充满型腔[2]。闭塞模锻可以在一次变形中获得较大的变形量和复杂的型面,实现近净形生产,且无飞边产生,适合复杂、高精度零件的生产。闭塞模锻可以在多动压力机上实现。但多动压力机价格昂贵,中小企业很难承担,给闭塞模锻工艺的推广应用带来了一定的困难。为了在通用压力机上实现闭塞锻造工艺,近年来国内外相继开发了几种闭塞模架系统,不同程度地满足了闭塞模锻的工艺要求,但都有各自的不足[3~5]。应用本文研制的闭塞模锻专用模架,可在通用压力机上实现闭塞锻造,且生产效率高,投资少,极大地促进了闭塞模锻工艺的推广。
1 双冲头作用式闭塞模锻液压模架的结构设计
本文研制的在通用设备上使用的双动液压模架的结构如图1所示。本模架主要由上、下座板、油缸、中间板、平衡机构、四连杆机构和液压系统等组成。模架利用上、下液压缸完成模具开、合工作,压力机上滑块下行时,通过四连杆机构实现上、下凸模以预先调定的速比联动。
在不计模架悬浮体体力,即上、下油缸油压相同时,四连杆机构的动作几何关系如图2所示。图中,X为上连杆长度;Y为下连杆长度;A为压机滑快行程;B为下凹模行程。
根据式(2),通过适当选取上下连杆长度比即可以实现所要求的速比。
当液压模架合模后,上下活塞、凹模座、凹模和中间板都处于悬浮状态,所有的体力完全作用于下油缸。上下油缸压力出现失衡现象,整个系统处于不稳定状态,此时四连杆机构已无法准确地实现上、下凸模以预定的速比联动。为平衡悬浮体体力,本模架利用两个小液压缸作为辅助平衡系统,在合模后完全平衡掉悬浮体体力,保证系统在工作过程中上下凹模相对静止,以达到准确调节上下凸模速比的目的。
2 液压系统设计
液压系统的设计计算是液压模架设计的核心之一,要能保证液压系统工作平稳,动作可靠,并能提供足够的合模力。根据捷达轿车半轴齿轮成形要求,确定设计参数如下:合模力Py=3500 kN,油缸活塞运动速度v=16 mm/s,单个活塞最大行程s=40 mm。据此可以确定液压系统的工作压力和流量。液压系统原理如图3所示,闭塞模锻双动液压模架和液压系统如图4所示。
液压系统工作原理如下:电动机3启动→泵4工作→低压油通过换向阀6、单向阀7、单向顺序阀14流入液压模架油缸16和17。当模架合模后,滑块继续下行,油缸内油压升高,产生所需的合模力,合模力大小由单向顺序阀14控制。随着工作行程的加大,高压油通过单向顺序阀14流进蓄能器12,完成一个工作循环。由压力继电器10控制换向阀6,进而控制泵4间歇地为系统供应低压油。通过单向顺序阀21,液压油流入平衡油缸24,平衡悬浮体体力。
该液压系统具有两级保险,当系统压力超过22 MPa时,电磁溢流阀20打开,系统泄压;若此保险失灵,压力升至23 MPa时,压力继电器18动作,使电磁溢流阀20打开泄压。
本文在综合分析国内外现有闭塞模锻双动模架的基础上,研制出了双冲头作用式闭塞模锻液压模架。该模架结构简单,采用液压力合模,压力波动小,合模力可靠,且在最大合模力以下可无级调节。本模架为通用模架,可双动,亦可单动,适用于各种闭塞模锻工艺。在8000 kN框架式液压机上利用该模架成功地实现了捷达轿车差速器半轴齿轮闭塞冷锻。
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