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标题: 新型预应力结构镦粗模 [打印本页]
作者: zpc64 时间: 2010-6-22 20:39
标题: 新型预应力结构镦粗模
1 普通结构的镦粗模: x: m7 h: R5 I5 }3 g( g" ~
硬质合金镦粗模的凹模寿命与建立预应力结构有关。硬质合金凹模块是通过冷压或热压法，使各圈之间建立预应力，从而形成组合式凹模，如图1所示。" N0 H! {$ D& a4 {% b L
图1 镦粗轴承滚柱用的凹模
' L% N" z2 C* h% L. e1.凹模座 2.外圈 3.硬质合金垫块
# ~1 `) ?0 o0 }, ]2 W( H& W9 |" W& k4.硬质合金凹模块 5.中间圈
这种预应力凹模的缺点是：结构复杂、制造工作量大、线性尺寸和角度精度高，且预应力圈不能多次利用，因金属产生蠕变，联接表面的几何尺寸和形状逐渐在变化。, F( p7 l, L3 N( g4 s: I/ L
图2所示为镦粗六角头螺钉用的凹模。六角头是在硬质合金凹模块2和3内成形的。使用时最早失效的就是这2个凹模块，而最早的是凹模块2。在修理时常需将所有凹模块压出，然后换成新的。因凹模块3、4磨损较小，还可利用，这样不可避免将产生各凹模块间的同轴度偏差。受载最大的是凹模块2和3，要保证它们的最佳过盈量甚为困难。+ M$ Q- [* h& Y' J2 N3 V& y# v
图2 镦粗六角头螺钉用的凹模' V# g; ]7 K- Z4 Q
1.外圈 2、3、4.硬质合金凹模块
本文介绍一种采用塑性圈建立预应力结构的凹模，经工厂长期使用，效果很好。, w0 Q2 N% _) O# o6 j' R. E# d* A
2 采用塑性圈的预应力凹模: Y& V2 P( q! Q; p: l
采用塑性圈建立预应力的实质在于将塑性圈(中间圈)压入硬质合金凹模块和外圈之间，并镦粗，从而建立预应力结构的硬质合金凹模。& i+ K3 f2 H0 r+ G! q
在图3a所示的凹模中，硬质合金凹模块2是用冷压或热压法压入外圈1内的。必须指出，在多次利用外圈时，所有凹模块(见图2)应采用冷压法压入，因在热压后它们不能被压出。由于图2所示凹模块内的过盈量往往小于所需过盈量，故降低了凹模的寿命。图3a所示的凹模块2是用于成形螺杆的，故它们的磨损一般很小，修理时可不必压出。因此在该凹模内，凹模块和外圈之间的过盈量可达最佳。为减少凹模块4、5相对凹模块2的同轴度误差，装配时必须采用带螺纹的定心芯棒3，然后将塑性圈6压入凹模块4、5和外圈1之间的锥形槽内。然后将塑性圈6镦粗，使外圈在卸荷后承受切向拉伸，而凹模块承受压缩。拉伸和压缩程度还决定着实际过盈量。过盈量则与P的大小有关。因此，过盈量可在较宽范围内调节，无需采用精确的研磨和磨削工序。/ e/ b N0 y' H) ?: x. ~" ?7 @& ^9 ]5 s
图3 采用塑性圈建立预应力的凹模* \5 y' f$ b) a1 @+ i4 c
a——预装配 b——装配后的凹模
- ^$ A( H6 F: D6 B: G! [3 C. ^1.外圈 2、4、5.硬质合金凹模块
3 {, _1 ]/ t$ H c3.定心芯棒 6.塑性圈
图3b所示是用塑性圈装配后的凹模。塑性圈6与外圈1在凹模块4、5区内将形成组合式圆筒体，其较图2的单一外圈有较大的径向刚度，并且可使凹模块建立良好的工作条件。2 _/ A# x6 P& T I x7 t
塑性圈的镦粗分2次进行。第一次镦粗至高度h1=2～3mm的凸边(见图3b)。然后，在凸边上沿A线车α=30°角的槽，再进行第二次镦粗。这时，实际上就是建立预应力结构。当凹模块5上的凸边较大时，应进行车端面，但应留1～1.5mm余量，以用于第二次镦粗和后续卸荷后保证凹模块的轴向应力。3 q0 V* I8 k7 v9 J
在图3所示的凹模中，为保证凹模块的轴向应力，在外圈下部设有环形凸台，而在上部设有倒锥体。工艺性较好的还有在下部做成带倒锥体的锁口，因外圈和凹模块的锥面无需精加工。这可显著降低凹模的制造工作量和设备的精度等级。在外圈内和沿凹模块外表面的锥角β，变化范围为3°～20°。在每种具体情况，锥角大小必须按试验结果进行论证和修改，特别对受载大的镦粗凹模。5 v' M' ?% u. l* T; ^! @9 j
增大锥角β将导致凹模块4、5产生较大的轴向压缩，这可防止被镦粗金属流入其间。同时，在镦粗工件的变形力作用下，凹模块相对外圈将产生轴向弹性位移，过盈量减小得较快。因此，在重型动载荷情况下，推荐锥角β=5°～8°，如镦粗轴承滚柱用的凹模。为防止凹模块5崩刃和脱落，β角取10°～20°。但是，在所有情况下，选取的锥角应保证塑性圈压入锥形槽内不产生破裂。
3 p% r9 v4 \5 _$ w3 参数计算5 [" C+ `0 y: n) z' O2 Y: T
当凹模块不需要轴向应力时，锥角β可等于零，如图4所示。在镦粗塑性圈2时，压力P应足够大，使所有元件卸压和弹性变形后过盈量Δ等于预先给定值。必须指出，由于摩擦力的影响，在x深度上的压力Px将小于P值。在x截面内，压力减小系数kx可按下式计算：
8 ^; H- u, `& W7 Q! {0 S# b3 J8 P5 y式中 f1——沿表面r1的摩擦系数
$ Q+ a/ a0 h: v# Q; | f2——沿表面r2的摩擦系数
图4 装配塑性圈时的压力示意图8 D! ?9 t, g& ^6 H% I
1.外圈 2.塑性圈 3.硬质合金凹模块
在分析凹模块、塑性圈、外圈系统内的应力和应变时，获得了计算压力值的下列公式：
8 z, ], y# W" `# Z/ ]- yhttp://www.jdzyjs.com/upimg/allimg/c090223/123535152Y20-249B7.jpg
/ q n2 ^/ f/ {8 ~# M1 c1 z式中# d4 `1 q" _0 `% U, I8 Q, x2 ~
Δx——在x截面内的过盈量值" Y/ f t. w) F3 ^: u# x, J$ l# _
E1——凹模块材料的正弹性模量
2 _ i+ P5 ~& i6 _ E2——外圈材料的正弹性模量( p' _. p6 A' t D' J
E3——塑性圈材料的正弹性模量* p0 N/ I6 Z2 \2 m, D
V1——凹模块材料的泊松比5 L9 Z& K" T2 r$ D# X
V2——外圈材料的泊松比
: g$ J' C! O) X0 @ V3——塑性圈材料的泊松比
/ H: V) k$ [& _9 e9 }' y σt——塑性圈材料的假定屈服极限: p+ g$ l& B: v4 O' I
公式(2)中k1=r0/r1，k2=r2/R已考虑了在卸载后塑性圈的弹塑性状态及其对尺寸和过盈量的影响，这时假设压力P沿厚度均布。
. V7 R( }% d# P. W$ Y 从式(1)和式(2)可见，必须保证给定过盈量 Δx的深度x愈大，则必须施加的压力P愈大。但是，这意味着在塑性圈配置槽的入口上(当x=0时)过盈量将大于给定值。这可能导致外圈或凹模块的破坏。因此，在计算压力P时，应计算塑性圈的中间截面x=0.5h上的Δx。
, P7 b6 {2 u* J8 @3 H 经生产试验证实，上述方法完全适合生产要求。它可消除硬质合金凹模块的切向破裂，并可提高凹模的寿命1～8倍。
4 预应力凹模的装配
/ f' x) `: W* G: L 为用塑性圈装配凹模，塑性圈的材料应采用这样的钢种，即在硬度为40～49HRC时应具有必须的塑性。完全满足这要求的钢种是40Cr,30CrMoSi等。塑性圈的壁厚一般取(0.2～0.5)h，它应比配置槽的尺寸小0.2～0.5mm。与塑性圈联接的所有表面，无需磨加工，一般精车已足够，且硬质合金凹模块的外表面可不加工。
$ ?. E6 m: ?1 ]" V: k% E9 \( d/ ]4 l 在修理凹模时，塑性圈可在车床上用车槽法去除，或者用电蚀法蚀除，然后车光。用塑性圈制造凹模，可保证较高的耐用度。镦粗轴承锥滚柱用的凹模，其制造工时可减少38％，而材料用量较图1所示的凹模可减少41％。
3 G8 V% p" H0 w C2 y% C5 结束语
4 h. K" j! W. Z6 I 采用塑性圈建立预应力结构凹模，可保证模具高的技术使用性能，为提高硬质合金模的寿命，开辟了新的工艺途径。
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