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旋压成形技术和设备的应用与发展(2

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  2.3.6带轮旋压按照轮的槽型和加工工艺可其分成三大类:劈开轮、折叠轮和多楔轮(多V带轮)。这些旋压轮做为一种新工艺产品,已经广泛用于汽车、拖拉机等用内燃机驱动的辅助设备,如冷却风扇、发电机、水泵、空调机、压缩机、动力转向泵等,以及机床、农业机械、家用电器、家用机械等设备。由于此三大类旋压轮的结构特点不同(图2-11),其加工工艺也不相同。板材旋压V带轮的基本结构型式为单槽、双槽和多槽。板材旋压多楔带轮的基本结构型式为折叠式,按楔槽数分为三楔、四楔、六楔、七楔和八楔。劈开轮一般采用一次冲裁制坯,在旋压机上用旋轮从材料厚度的二分之一处劈开后整形旋压而成形(图2-11-e)。由于其加工工艺比较简单,影响产品质量的主要因素是毛坯本身的平面度精度,因此对冲裁的模具要求较高。图2-11旋压轮的结构特点折叠轮是采用冲压和拉深方法制坯,并在旋压机上旋压,同时适当加以轴向压力而成形,通常最后一道次用固定齿间距的模具和旋压轮进行精整旋压,达到产品精度要求。由于折叠轮在成形过程中没有发生金属流动,只是形状的变化,所以工艺上也比较简单,影响质量的因素不多。多楔轮同样采用冲压和拉深方法制坯,然后在旋压机上旋压成形。由于齿形是在材料壁厚上用挤压方式使之产生金属流动和塑性变形而形成的,所以影响产品最终质量的因素就较多,包括上下模、旋轮形状、旋压道次、材料等(图2-11-f)。图2-12复合带轮旋压2.3.7带内外纵向齿筒体旋压强力旋压技术可用来制造带纵齿形的薄壁类零件(汽车离合器壳体)、滑动套筒、传动轴的“驱动内形”以及传动轮的呐合齿形等。该技术的开发与推广应用,为加工该类型的零件减少了较大的成本,同时对工件的成形结构有较大的改变。带纵齿筒形件强旋成形是一个复杂的材料塑性成形过程。目前,由于该加工过程本身的复杂性,利用现有的塑性成形理冲裁力计算公式论尚不足以推导出其实际的计算公式,工艺参数的最佳选择途径还主要是依据经验而定。带纵齿工件多种多样,主要的齿形如图2-13示。图2-13带纵齿工件齿形带纵齿工件的旋压成形主要应考虑的工艺因素有工件材料、模具材料、内外齿形、模具齿形、摩擦状况、工艺过程和热处理等。制造带纵齿薄壁零件的毛坯一般采用平板坯料,先进行拉深、模锻或管截面成形等方式的预成形加工,然后再将筒形件安装于专用成形模具而旋压成形。零件的成形在通常情况下仅需要一个旋压道次就可以完成,只有在特殊的工件几何形状时或较长工件时才需要采用多道次工序先对材料预成形加工,然后再进行终旋精加工成形。外纵齿形也可以通过旋压工艺高精度地加工制造,借助于旋轮和带有内齿的空心模具采用内旋压法来成形,这种方法受到直径的。另外一种方法是借助于一个或多个相适应的带齿旋轮通过唯一的径向进给运动来旋压成形工件的外形齿形。图2-14板材成形内外齿工件2.3.8波纹管旋压波纹管式节能换热器具有换热效率高、体积小、重量轻、能够自身吸收热变形等特点,深受用户的欢迎。目前,生产各种换热波纹管的工艺方法有焊接、液压、模压、轧制等,这些工艺方法尚存在设备复杂、适用范围窄、成本过高等问题,旋压成型换热波纹管是一种新的加工技术。九十年代初发明成功以来,其产品已得到了广泛的应用。旋压工艺过程如图2-15所示,工艺要素为旋轮形面形状、旋轮进给速度、主轴转速、加热温度及热影响范围、单波轴向压缩量△l(指每成形一个波形,管坯沿轴向的压缩长度,它是影响波纹形状和局部壁厚减薄量的关健参数。△l太大,会造成管坯弯曲,已成型的波形,△l太小,局部壁厚减薄量增大)。旋压中易产生缩径效应,导致局部壁厚超差。主要产品因素为直线度、波距精度和波深精度等(图2-16)。1主轴2波纹管3旋压轮4加热机构5压力机构图2-15波纹管旋压原理图2-16波纹管2.3.9异型件旋压图2-17旋压异型件钛合金气囊内胆属航天飞行器配件,工件图如下。图2-18钛合金气囊内胆该气囊所用材料为TA7,这种材料的机械性能σb=785Mpa,ψ=25%,板材壁厚为1.5,要求普旋时壁厚减薄率不大于8%。由于材料强度高,断面收缩率小,形面复杂,在成形时存在较大的困难。分析该工件结构为两片完全相同的半环型薄壁件焊接而成,因此,如果能旋压出半环薄壁件再焊接即可,考虑到形状的复杂性,采用分模旋压方案,先旋出半环内形面(图2-19-a为内形面旋压模具),再换装外形面旋压模具(图2-19-b为外形面旋压模具),旋出外型面。a内形面旋压模具图b外形面旋压模具图2-19钛合金气囊内胆旋压模具导弹鼻锥件所用材料为6061铝合金,工件及工序如图2-20示。图2-20导弹鼻锥件该工件主要工序为下料Ⅰ-板料冲压Ⅱ-剪切旋压Ⅲ-剪切旋压Ⅳ-剪切旋压Ⅴ,由于板料供应状态为T6态,材料延伸率较低,不利于承受较大压力加工,所以旋压前对材料进行完全退火处理,以降低旋压变形抗力、提高材料塑性,同时在旋压道次间也可适当加以中间退火工序。3旋压设备3.1旋压设备的不同类型旋压机按其运动方式、主轴方位、旋轮个数等可分为多种类型,而按其功用大致可分为强力旋压机、普旋机和专用旋压机。强力旋压机主要以流动旋压和剪切旋压成形为主,设备要求有较高的动静态刚度,所受旋压力及主轴扭矩较大。而普旋机主要成形有色金属复杂曲母线形面工件,设备旋轮头所受旋压力较小。专用旋压机主要承担一种或较少种类似结构的工件加工任务,象气瓶收口机、轮毂旋压机、带轮旋压机等。3.2旋压设备的关键装置3.2.1控制系统最早的旋压机主要依靠手动控制旋轮运动轨迹,对工人的操作技术要求较高,工件一致性差,效率低。后来采用模拟电信号、PLC等控制旋压机各开关参量,使得旋压机的自动化程度大为提高,能实现批量化的生产。随着电子电力微电子等领域专业技术的飞速发展,出现了录返式控制旋压机和数字化控制旋压机,这是旋压机控制方式的较大进步,录返式旋压机只需要将工件手动旋压过程示教给旋压机控制系统,录返系统将通过“记忆”功能以同样的径自动加工后续同种产品,实现自动批量生产的目的。目前的CNC旋压机已具有较多的辅助功能,象自动上下料、自动换旋轮、恒线速等,装机较多的控制系统是SINUMERIK840D、FAGOR等,840D已具有6通道6主轴、每通道可实现各直线轴运动的功能。3.2.2动力系统主轴模拟、数字变频实现无级变速及恒线速,主轴直流、交流变频电机可提供较大的扭矩。旋轮头直线轴依靠伺服电机通过高精度滚珠丝杠提供动力,用旋转编码器以半闭环控制方式确定,或通过直线及圆光栅尺以全闭环控制方式控制;旋轮头直线轴也可采用液压马达、液压缸以比例-伺服阀控制,以满足较大的旋压力需求。为提高生产效率,象较为先进的直线电机,电主轴等先进技术将不断的应用于旋压设备,从而为高速、超高速旋压材料塑性变形理论研究提供条件。3.2.3主轴箱和导轨由于无极变速范围较小,往往增加机械齿轮变速机构来扩展主轴变速范围,其典型的传动方案是变频电机-变速箱-主轴箱,通过变速机构的调整,达到变速范围的调整,而在每个变速范围内又可实现无极变速。由于有数控系统的支持,有的旋压机也带有主轴定向旋转功能,在一些特殊的旋压中也能起到一定的作用,同时能容易的实现旋压中材料变形恒线速功能。

Tags:冲裁力计算公式

作者:佚名
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