[整理版]闭塞锻造中的闭塞机构.doc

闭塞锻造与闭塞机构 江苏森威精锻有限公司 徐祥龙 闭塞锻造是一种当代先进的精密锻造工艺技术。 闭塞锻造又称为闭塞挤压,其原理是将两个或几个可分凹模用足够大的合模力闭合成一个封闭的模腔, 金属毛坯在一个或多个冲头的单向或对向运动下，通过挤压充满模腔，从而得到一个几乎与模腔形状和尺寸完全相同的无飞边近净尺寸的精锻件。 闭塞锻造的特点是毛坯在封闭模腔内多向约束成形，符合三向压应力下变形的条件，因此可以在一次变形中获得较大的变形量，并容易形成较复杂的形状。由于成形模腔达到稳定的精确封闭，锻件的形状和尺寸精度主要取决于闭塞模腔的加工精度。因此，闭塞锻造特别适合复杂零件的大批量生产。典型的闭塞锻件有汽车差速器齿轮、等速万向节星形套、三销轴、十字轴等。 图1.闭塞成形的锥齿轮 图2.星形套精锻毛坯 一个简单的闭塞锻造过程，至少要有由上模和下模的合模运动，和一个或几个冲头的挤压运动组合而成。当锻造过程是由一个冲头挤入封闭模腔里完成时，我们称之为单向闭塞锻造，典型的单向闭塞锻件有锥齿轮和星形套等（见图1、图2），单闭塞锻件主要特征是上、下体积呈不对称分布。 当锻造过程是2个或多个冲头同时挤入封闭模腔成形时，我们称之为双向或多向闭塞锻造。典型的双向闭塞锻件有三销轴和十字轴等，基本上都是上、下对称的零件（见图3、图4、图5）； 图3.三销轴 图4.十字轴 图5.阀体 一．闭塞锻造专用压力机 由于最简单的单向闭塞锻造至少需要合模和挤压2个不同的加压运动，因此，闭塞锻造压力机必需具备相应的运动。考虑到毛坯经闭塞锻造后会紧紧地留在凹模里,压力机还需具有顶料功能。 图6.锥齿轮在闭塞压力机上的单向闭塞成形 图6所示为一个锥齿轮的单向闭塞成形案例。由图6.可见，锥齿轮成形下凹模固定在工作台上，放入毛坯后，主滑块带着上凹模下行，将上、下凹模导入精确定位状态并予以高压压紧，然后，下冲头在下滑块作用下将毛坯向上挤压充满模腔，然后，主滑块返回，工件卡紧在上模腔并随上模回程，在上退料缸作用下被顶出上模。 由图可见，闭塞成形时上滑块始终向上、下凹模提供了足够大的模具闭合力，我们称之为闭塞力。这种场合下，闭塞力必需大于锻造力，否则上、下凹模不能保持封闭，锻件会产生飞边，严重时使上、下凹模彻底分开，彻底破坏了闭塞成形条件，导致闭塞锻造过程失败。 由于普通锻造压力机只有一个滑块运动能提供闭塞成形运动，工作台顶出机构只能用于顶出工件，因此，普通的锻造压力机不能满足闭塞锻造的运动动作要求。 1．液压闭塞压力机 为了实现闭塞锻造，人们开发了具有多向运动的闭塞锻造压力机。最简单的闭塞锻造压力机具有主油缸、上顶出油缸和下工作缸、下顶出缸等4个独立的驱动油缸，分别驱动上、下滑块和上、下顶料缸，因此是一种多向压力机。有的液压闭塞锻造压力机还在上滑块内增加了工作缸，并且各缸通过数控和电液伺服系统实现顺序和同步运动。（图7；图8） 图7.液压闭塞锻造压力机 图8. 液压闭塞锻造压力机原理图 在专用的闭塞压力机上进行闭塞锻造，模架结构简单、生产工艺稳定，设备锻造能力大，能对较大规格的产品进行闭塞锻造成形。缺点是闭塞压力机液压系统精密复杂、设备价格昂贵，故障率高，生产成本高、效率低。 2．改装的闭塞压力机 为了降低投资成本，有人在普通四柱式液压机基础上，通过加大下横梁顶出油缸，加装滑块顶料装置等，将四柱式液压机改造成专用闭塞压力机，也可较好地完成单向闭塞锻造生产（图9）。 图9.四柱式液压机改装的闭塞压力机 需要注意的关键点： 1）普通四柱式液压机下顶出压力较小，一般不够完成闭塞挤压，需按工艺要求更换较大的顶出缸，当下工作缸用； 2）普通四柱式液压机下顶出缸压力油来自主液压系统，而主系统在轻载时系统压力很低，可能不足以提供闭塞挤压力。因此，要注意调整主滑块以较大的闭塞力，使系统保持较高压力，保证下冲头有足够的挤压力； 3）因为缺少下顶料缸，所以在工艺和模具设计中，要确保工件成形后留在上模，由上顶料缸卸料。如上顶出缸安装困难，也可采用机械顶出装置。 二．闭塞锻造模架 由于专用闭塞压力机多为液压机，生产效率很难满足汽车工业中、小型锻件大批大量生产的需要。因此，人们在高效率的单动压力机上应用专用闭塞模架，将单动压力机滑块的单一运动转化成多个运动，等效完成了闭塞锻造过程。单动压力机与闭塞模架组合的方案特别适合汽车工业小型精锻件的大批量闭塞锻造生产。 图10.单向闭塞模架原理 由图10可见，下冲头固定在工作台（下模板）上，下凹模放置在一组强力弹簧上。在下凹模中放入毛坯，当压力机滑块带动上凹模下行时，上、下凹模在强力弹簧的作用下闭合。滑块克服弹簧阻力继续下行，使冲头与封闭的凹模产生相对运动，相当于冲头挤入凹模