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Valeo轮毂高精度零件成形方案分析
2013-7-11  来源:  作者:上海保捷汽车零部件锻压有限公司 林 健

      Valeo轮毂(见图1)是汽车离合器中的重要零件,材质为45钢。其公差要求为±0.015~0.03m m ,齿形的精度7级。在韩国采用21道工序冷成形,其中还要3次退火、酸洗及磷化-皂化,能量消耗大,工序繁杂,对环境污染严重,制造成本很高。

 

 

一、成形方案的比较

 

      精锻成形的方法很多,如在通用压力机上和专用压力机上的精密成形;在工艺上,冷温或热冷、热温组合的复合成形技术;挤压;在模具结构上,多向模锻(包括在可分凹模模锻)、小飞边和无飞边模锻;在成形温度的控制上,有等温模锻、超塑性成形、液态模锻和半固态成形等。

 

      1. 从变形能力及成形精度选择成形方案

   

      温、冷(或热、冷或热、温)结合的成形方法 即先温(或热)成形,再冷整形,我们称为复合成形工艺。用该工艺可扬长避短,优势互补,充分利用了热锻和冷锻的各自优点:热态下,金属塑性好,成形能力几乎是冷锻的4倍,流变应力是冷锻的1/51/3(见表1),因此,主要变形过程由热锻完成;而冷锻件的精度高,可达到IT811

 

 

      轮毂零件的材质为45钢,该种材料属于中碳钢,如冷变形,极限变形程度不能超过60%。而实际上,由于我国钢的纯净度远不如发达国家的,因此其塑性变形程度也难达到60%。据韩国的冷锻经验,需3次成形,且每次成形后都要进行退火、酸洗及磷化-皂化。

 

      参照表1和表2,要想减少成形工序,若从成形能力来看,首选热锻或亚热锻;若从成形精度看,则首选冷锻工艺。

 

      2. 从生产批量选择成形方案

 

      从表1及图2可以看出,温锻成本,甚至可与不需

 

 

      退火的毛坯而直接冷锻相媲美,温锻件的模具成本只是热锻件的50%。但是,用于温锻的机器成本几乎比热锻机器高出31%37%。参考表1、表3,每件温锻件总的成本比热锻件减少13%。与冷锻相比,温锻件的机器成本和每小时生产率甚至高出35%40%,但冷锻的中间退火、磷化-皂化表面处理使其成本大幅上升。但无论如何,当批量很小又不需中间退火且适于冷锻的还是要用冷锻工艺。本例的轮毂批量较大(100万件/年以上),若全用冷锻,则要步韩国V a l e o的后尘,需要21道工序。由此看来,要减少成形工序,不能只从冷锻工艺考虑,而要向热锻、温锻考虑。

      3. 从毛坯的润滑效果选择成形工艺

 

      毛坯加热到200℃左右,浸入水基石墨液中并迅速取出,毛坯表面均匀敷着石墨层,不仅起到润滑作用,而且在随后的加热中还可防止氧化和脱碳。有关文献指出,类似本例润滑方法比将润滑剂喷到模具上效果好。

 

      采用中频感应加热,从图3中可以看出 ,在750850℃范围内,钢的氧化膜厚度约在10μm左右,对温锻件的精度影响不大;而此温度下,石墨的保有量可达80%(见图4),对润滑效果影响不大。图4还表明,加热时间越短,石墨的保有量越多,润滑效果越好。若加热到亚热锻温度1000℃时,由于中频感应加热时间很短,其氧化膜厚度约在35μm,屈服应力则从800℃时的300M P a降到150MPa。而此时的石墨保有量只有20%。单从润滑效果看,应选择温锻或冷锻成形。

 

 

      4. 从模锻件的使用性能选择工艺方案

 

      所制零件的强度、冲击韧度、气密性等也是评定所用工艺优劣的的重要标准之一。详见表4,不难看出,冷锻件的使用性能最好。

 

      还应该强调指出的是,冲击韧度与模锻温度也有关系,如图5所示。最大的冲击值由原始棒料的68J增加到热挤压的9095J、温挤压的98J。以15J为定义的冲击转换温度,由原始毛坯的-32.5℃降到温挤压的-78℃。也就是说,冷挤压件的低温性能最好。图5还显示了在700℃挤压时,所获得的挤压件的性能接近于冷锻,这对有低温性能要求的零件特别重要。

 

 

      5. 从能耗大小选择工艺方案

 

      在评定该种锻造方法的时候,不仅必须考虑能量直接消耗,还要考虑从生产这些锻件中所产生的废料再生产。与生产锻件方法有关的能量消耗列于表5。制造热模锻件的能耗采用最低水平的,而对热模锻和切削加工的材料利用系数则采用其上限。尽管如此,在考虑材料利用系数的条件下,冷锻和温锻的能耗比热锻低得多,比切削加工低得更多。因此,必须完善冷锻与其他

 

      生产精密毛坯的经济效益的统计方法,不仅要考虑机器生产中的能耗,而且要考虑原材料的冶炼和机器维护中的能耗。

   

二、实际成形方案的选用

 

      通过上述的分析比较,结合工厂的实际情况,上海保捷汽车零部件锻压公司采用亚热锻+冷整形的复合成形方案,成功地生产出轮毂精锻件。其工艺流程为:下料→加热(1000℃)→亚热精锻→抛丸清理→润滑、冷精整→清理→检验。

 

      齿形冷精整单边余量仅放0.15~0.10m m ,由于变形量不大,所以锻后的锻件无需退火,在2k N液压机上可轻松地完成精整。整形模示于图6,整形后的锻件实物照示于图7

 

 

 

      精整后的锻件经过三坐标测量仪严格检验,又经过Valeo韩国公司的装机试运转6个月,完全达到设计要求。轮毂由全冷锻的21道工序压缩到亚热锻+冷精整7道工序。该工艺方案,大幅度降低了制造成本,提高了产品竞争力。

 

      综上所述,温锻的工艺方案应该是最好的,为什么没有采用温锻工艺方案呢?主要是由于时间紧迫,合适的温锻模具材料一时难以落实,加之其对数变形能力仅为热锻的2 /3,对齿形的充填不如亚热锻。从图4 中可知,在亚热锻温度下,石墨润滑剂的残留量仅为20%,为此在锻造过程中,又在模膛中喷涂润滑剂。

 

三、结语

      (1)通过分析比较及实践证明,对高精度轮毂的成形采用亚热锻= 冷精整的工艺方案是可行的,亚热锻温度取1000℃。

 

      (2)在觅得合适的温锻模具材料后,温锻= 冷精整也是一种好的工艺选择.

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