端盖的精密锻造工艺研究

端盖是液压系统的关键零件之一,是典型的精锻件,尺寸精度和形位公差要求都很高,其中厚度公差为±0.3mm,外形尺寸公差为±0.5mm,相关平面的平行度和平面度要求也十分苛刻。
1 工艺难度及重点
    根据端盖的成形特点,借鉴国内外相关精锻件开发经验,该产品的技术难度非常高,主要工艺难点有:(1)锻件尺寸精度要求严格。(2)锻件形状复杂,高度落差大,锻造最小圆角仅R1.6mm,模具局部磨损速度快,必须设计合理的预锻工步才能确保终锻成形质量。(3)锻件局部细节尺寸要求严格,需设计合理的切边精整模具对锻件细节处进行精整,提高锻件成形质量。(4)锻件形位公差要求苛刻,需增加合理的冷精整工序,确保锻件形位公差、尺寸公差和机加辅助定位等精整成形质量复合图纸要求。
2 工艺制定
    经反复分析论证,最终确定该产品的锻造工艺路线为:中频炉加热-1t模锻锤制坯、成形预锻-6.3MN摩擦压力机终锻-1.6MN螺旋压力机整形切边-正火-喷砂除氧化皮 -6.3MN摩擦压力机冷精整。为了保证锻件尺寸精度、表面质量,提高锻件尺寸稳定性和模具寿命,确定了各工步的具体方案。
2.1 中频炉加热
    根据45钢在Gleeble1500D高温热力模拟试验机上进行温度-氧化速率的测试结果可知:加热温度越高,锻件表面氧化导致的表面质量下降越严重。从氧化皮生成速度看,45钢加热温度不应该超过1200℃。考虑到中频炉加热温度存在20~30℃波动,因此实际生产过程中,将45钢毛坯的加热温度由通常的1220℃降低到1130~1150℃,这样既保证了锻件表面质量,也提高了锻件的性能。
2.2 1t模锻锤制坯、预锻
    由于锻件形状相对复杂,局部形状精细,单工步成形难度大,设备状态波动容易导致锻造缺陷;模具局部受热时间过长,模具容易过早回火软化。因此,在1t模锻锤上基本实现锻件成形,既可减少模具损耗速度,又可以降低终锻模磨损速度,提高终锻件尺寸精度。
    预锻采用较大的飞边高度设计,这样既可以降低多余材料流出的阻力,又提高了高度尺寸的稳定性,比较容易在1t模锻锤上成形。
2.3 6.3MN摩擦压力机终锻
    终锻件几何尺寸和形位公差要求非常严格,因此终锻模需要非常高的加工精度和导向精度,上、下镶块之间的配合精度和导向精度,在充分借鉴精锻模具设计经验的基础上,结合生产、设备的实际情况,设计了具有较好工艺性和通用性的6.3MN摩擦压力机模架;(1)采用对角双导柱保证模具运动时良好的导向精度;(2)采用安装定位面与夹紧楔块的方式,实现模具的有效紧固,避免周期性载荷冲击造成的模具松动影响锻件精度。
2.4 1.6MN螺旋压力机切边及整形
    此锻件的上、下表面的平面度和局部细节尺寸要求很高。因此,为了防止切边的时候产生变形,工艺组采用了刨切的工艺。模架具体运动过程:压力机滑块下行,活动上模接触锻件后便不再运动,切刀继续下行完成切边工作,滑块上行,退料板退出飞边,活动上模归位,切边结束。在此过程中,锻件由于上部弹簧的压力而被抱紧,因此这个过程带来的形变微乎其微,保证了锻件的精度要求。
3 锻造工艺有限元分析
    锻造工艺数值模拟技术是一种较为先进的成形工艺分析与优化技术,能使工艺设计人员发现设计缺陷,提高设计可靠性和准确性。项目组用Pro/EWildfire2.0进行了端盖锻件及模具的3D建模,然后利用DEFORM-3D v6.1进行工艺的数值模拟,确保投入试制之前工艺方案的可靠性,使成形工艺参数趋于最优化。
4 工艺的优化
   (1)实际锻造遇到的问题。由于终锻上模冲头斜度过小,锻件本身要求的圆角很小,模具根部很容易出现裂纹,因此本身要求的圆角很小,模具根部很容易出现裂纹,因此模具寿命相对较低,从而降低了生产效率,增加了修模成本。
   (2)改进措施。除对模具进行有效强化外,从工艺设计方面也做了相应改进,将终锻模上镶块的冲头改为小法兰结构,当抽头磨损严重时可直接替换,不需要重做整个模具镶块,这样就大大减少了模具费用方面的损失。为保证镶块的稳定性,冲头和镶块采用过盈配合,并且冲头和内孔采用数控模具加工,在最大程度上增加模具精度,避免配合偏差。
    为了更好的脱模,在整修压力机的基础上,采用了Fuchs645F代替普通石墨作为锻造润滑剂,配比比例为1:6,这种润滑剂有很好的脱模和冷却效果,并且采购了专用的润滑冷却设备,该设备可以保证润滑液喷涂的均匀性和有效性。这样就有效地避免了粘模情况的发生,降低了模具的损耗,有效提高了模具寿命。

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