1、引言
高壓開(kāi)關(guān)產(chǎn)品零件品種多、改型頻繁,
拉桿是 LW8-35SF6型戶(hù)外斷路器中的關(guān)鍵零件,要求具有較高的
導(dǎo)電、
導(dǎo)熱性能和良好的
力學(xué)性能,以降低能耗和提高產(chǎn)品的
可靠性鋁合金材料不僅導(dǎo)電
導(dǎo)熱性好、力學(xué)性能優(yōu)良,而且比
強(qiáng)度高、
密度小,因而在高壓電器零部件的制造中,除采用銅及其
合金外,大量采用
鋁合金。研究表明,對(duì)于綜合性能要求較高的一類(lèi)功能件,如拉桿、接頭、導(dǎo)體、觸頭座等,一般采用鋁合金
擠壓棒 (管)經(jīng)
切削加工制成,2A50 合金就是其中常用材料之一。2A50合金在熱態(tài)下具有良好的可
塑性,可通過(guò)
鑄造、擠壓等
變形工藝改善組織,提高性能,且可以
熱處理強(qiáng)化,工藝性較好,因而成為高壓開(kāi)關(guān)類(lèi)零部件的首選材料。
拉桿的擠壓件如圖1所示,傳統(tǒng)上采用棒料直接
切削加工而成,材料的利用率一般在 16%-40%,浪費(fèi)嚴(yán)重、效率低。新工藝采用桿部反擠頭部正擠的復(fù)合
熱擠壓方法,能使
坯料尺寸
精度大幅度提高,毛坯重量減輕72%以上,產(chǎn)品的導(dǎo)電率、
硬度及強(qiáng)度等完全達(dá)到
設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
2、拉桿熱擠壓工藝分析
拉桿零件材料為 2A50(LD5) 合金,屬于 A1-Mg-Si-Cu系,具有良好的鍛造性能,在熱態(tài)下易變形,且抗蝕性能、
焊接性能和切削性能良好,中等強(qiáng)度,塑性很好閉。在生產(chǎn)過(guò)程中,將圓柱形毛坯表面涂上水劑石墨,然后感應(yīng)
加熱至490℃,放入組合凹模的
模具中擠壓成形。工作前把模具
預(yù)熱至250℃左右,每次擠壓前,需向模腔噴灑
潤(rùn)滑劑。擠壓變形后可進(jìn)行
固溶時(shí)效熱處理,以提高其硬度,固溶溫度為 (515±5)℃,時(shí)間為3h,時(shí)效溫度為(160±5) ℃,時(shí)間為5h。
拉桿擠壓可以采用正擠壓或反擠壓的方法成形桿部。由于拉桿變形程度大,且桿部長(zhǎng)徑比大于7,正擠壓時(shí),
金屬的流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向相同,坯料與凹模之間存在摩擦力,則擠壓力中不僅有變形力,還包括該摩擦力。在坯料與凹模溫度過(guò)高及潤(rùn)滑不良時(shí),因坯料與凹模之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng),會(huì)進(jìn)一步增大擠壓力。由于該零件的桿部較長(zhǎng),直接頂出時(shí)容易失穩(wěn)
彎曲.若間接頂出模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜,操作困難加。
采用一次復(fù)合擠壓成形工藝,即桿部反擠頭部正擠的復(fù)合擠壓成形工藝可以解決上述問(wèn)題,其工藝流程如圖2所示。由于采用了桿部反擠,坯料與凹模之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力,從而降低了擠壓力。該方案模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,生產(chǎn)效率高
YA23-315四柱式萬(wàn)能液壓機(jī)活動(dòng)
橫梁到工作臺(tái)面距離為1250mm,行程長(zhǎng),凸模設(shè)計(jì)為
中空結(jié)構(gòu),成形桿部的模腔在凸模上,可以完成
脫模。拉桿熱擠壓工藝的生產(chǎn)過(guò)程是 :下料-加熱-擠壓-熱處理-精加工。
3、拉桿熱擠壓工藝設(shè)計(jì)
3.1、模具結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程
熱擠壓工藝設(shè)計(jì)是熱擠壓模具設(shè)計(jì)的第一步,直接影響到制件質(zhì)量、生產(chǎn)效率、模具壽命、生產(chǎn)成本等。根據(jù)擠壓件形狀,凸模設(shè)計(jì)為空心狀,采用二層組合凹模結(jié)構(gòu)。復(fù)合熱擠壓模具結(jié)構(gòu)如圖3所示,擠壓時(shí).先將坯料放人凹模型腔內(nèi).隨著凸模 4的下行 ,坯料在組合式凹模 內(nèi)正擠成形,同時(shí)桿部反擠成形,隨著擠壓變形力逐漸增大,當(dāng)金屬正向流動(dòng)到頂件器時(shí),頭部成形結(jié)束,此時(shí)金屬反向繼續(xù)流動(dòng)。當(dāng)擠壓完成后,上模回程,工件留在凹模7中,
壓力機(jī)下缸動(dòng)作,通過(guò)頂桿11將頭部大直徑部分頂出凹模 7,即可完成脫模。工件頭部?jī)?nèi)形與頂件器口之間應(yīng)留有一定的斜度,以保證工件與頂件器不發(fā)生抱死現(xiàn)象,頂桿1兼作頭部正擠壓的凹模。
3.2、坯料尺寸的計(jì)算
根據(jù)拉桿零部件的要求,考慮到 2A50在熱處理后的零件尺寸和留機(jī)加工余量,擠壓件內(nèi)外各留2mm 的單邊加工余量。根據(jù)原材料供貨情況,決定在生產(chǎn)中坯料采用Φ90mm 的棒料,高度取85mm。
3.3、許用變形程度的計(jì)算
采用熱擠壓成形工藝,需對(duì)材料的許用變形程度進(jìn)行驗(yàn)證,許用變形程度用
斷面收縮率來(lái)表示擠壓過(guò)程中毛坯的變形程度為:
3.4、擠壓力的計(jì)算
在此復(fù)合擠壓中,凸模下行,擠壓力克服金屬的變形阻力及毛坯與模具之間的摩擦力,金屬開(kāi)始流人型腔,拉桿頭部預(yù)先成形,金屬流經(jīng)轉(zhuǎn)彎處桿部反擠;凸模繼續(xù)下行,當(dāng)桿部成形結(jié)束時(shí),擠壓力達(dá)到最大,其復(fù)合擠壓力為 P復(fù)=P反。
4、模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題
本工藝采用一次擠壓成形,采用通用模架,凹模設(shè)計(jì)為二層組合結(jié)構(gòu)。實(shí)際生產(chǎn)證明,該模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便。通過(guò)改變凸模與頂件器,可以擠壓出不同頭部形狀和桿部直徑及長(zhǎng)度的零件。
由于凸模為空心結(jié)構(gòu),
截面積小,單位擠壓力高,又長(zhǎng)時(shí)間工作在高溫狀態(tài),易變形,因此,應(yīng)采用熱強(qiáng)度較高的 3Cr2W8V材料,熱處理硬度50-55HRc。凹模采用單層預(yù)緊結(jié)構(gòu),凹模材料選5CrNiMo,熱處理硬度44-84 HRC。凹模預(yù)緊圈要求不高,材料選40Cr就可以了,熱處理硬度24-46HRC。
設(shè)計(jì)合理的人模角度和工作帶寬度,便于金屬流動(dòng),以盡量減小金屬與模具間的摩擦力,降低擠壓力。凹模尺寸與頂件器應(yīng)有斜度,工作中保持凹模與制件有一定的摩擦力,又不影響
開(kāi)模后制件脫模,同時(shí)應(yīng)注意模具的預(yù)熱。保證錐面摩擦的均勻,以避免在擠壓過(guò)程中拉桿頭部的偏移。在反擠過(guò)程中要保證坯料與模具的清潔度和間隙尺寸,減少成層和
氣泡采用桿部反擠頭部正擠的復(fù)合擠壓工藝生產(chǎn)高壓開(kāi)關(guān)零件 LW8-35SF6鋁合金拉桿是一種值得推廣的新工藝,不僅工藝合理,而且操作方便。該工藝最大限度地利用了 3150 k
油壓機(jī)的
設(shè)備能力,一次成形頂出,模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng),且擠壓力小,特別適用于變形程度較大的長(zhǎng)
桿件的熱擠壓成形。新工藝的采用,使生產(chǎn)效率大大提高,同時(shí)對(duì)于在小設(shè)備上生產(chǎn)成形變形程度較大的其他類(lèi)似長(zhǎng)桿零件有很好的借鑒意義。