大头套管成形工艺研究 - 文章

大头套管成形工艺研究

作者：胡景春许建设王立志常晓智陈文彤赵荣贵

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【摘要】针对该产品头部形状与尺寸同杆部相差较大的特点，采用无缝管先镦头后旋压加工成形的工艺方案。解决了毛坯加工困难和提高材料利用率，生产出合格的制件。
关键词　镦锻　聚集　旋压　减薄率

套管产品材料为20号钢，锻造组织状态。产品图见图1。该件拟定加工方案为采用无缝管先镦头后旋压成形的方法。毛坯采用ф28mm×5mm的20号钢无缝钢管，具体步骤如下。

图1　产品图图2

工艺流程

1. 头部镦粗

把管坯的计算直径当作实心棒料的直径来计算工步，具体步骤如下：

1)按最终成形工步，应考虑热尺寸、烧损、锻料的1/2上偏差以及纵向毛刺，计算变形部分的体积V坯=33 530mm3。

2)计算下列有关参数

如图2所示，该管镦粗为外径增大，内径不变。

1)锻件平均横截面积F均和平均直径D锻均为：

F均=V坯/h=33 530/20=1 676.5mm2

(2)原管料的横截面面积F为：

F=π/4(d²-d²0)=361.1mm²

(3)计算毛坯的直径d计

(4)毛坯镦粗部分的长度L棒为：

L棒=V坯/F=92.9mm

3)确定镦粗比和允许镦粗比Ψ许

Ψ=L棒/d计=4.34
Ψ许=kt/d计=0.46

式中：t——原管料壁厚或以后工步壁厚；
d计——原管料计算直径或以后工步的计算直径(D计)。

4)当Ψ≤Ψ许时可一次镦粗成形。

5)当Ψ＞Ψ许时，不能一次成形，需增加聚集工步。由手册可查，根据Ψ、Ψ许确定圆柱镦粗系数ε=1.23，就可得到第一次聚集工步的直径和截面面积。

D计1=εd计=1.23×21.45=26.4mm
F计1=πD计1²/4=547.1mm²

当D锻均/D计1≤(1～1.05)时可一次成形，否则需采用聚集工步。计算可知，D锻均/D计1=1.75＞ (1～1.05)，所以需采用聚集工步。

6)第一次聚集工步的外径D′1和长度L1的计算

当d锻≠d0时，先规定内径d'1(d0＞d'1＞d锻)，在确保F计1的条件下确定外径。当用增大外径方法进行镦粗时(d'1=d锻=d0)

则

第一次聚集工步的长度尺寸可按下式计算：

L1=μV坯/F计1=1.15×33530/547.1=70.5mm

式中μ—充不满系数，不大于1.15

7)确定下一个聚集工步的Ψ和Ψ许

Ψ=L1/D计1=2.67
Ψ许=kt/D计1=0.3

8)由于Ψ＞Ψ许，则需验证是否要第2次聚集工步。

由手册中确定ε=1.28，计算出第2次聚集工步的计算直径和横截面面积。

D计2=εD计1=1.28×26.4=33.8mm
F计2=πD²计2/4=896.6mm²

如果D锻均/D计2≤(1～1.05)不需要第2次聚集。

这里D锻均/D计2=1.37＞(1～1.05)需要第2次聚集。

9)第2次聚集的外径D′2和长度L2的计算

一般取μ=1.15

是否需要第3、4次聚集工步，仍按上述方法确定。经计算，不需第3次聚集已可成形，最后1步为成形工步。

10)圆角半径R可根据圆滑转接的原则确定。可采用逐步增大斜角α的办法，以便使每次镦粗的最大直径(D'1和D'2)不超过镦粗时的规定值。
综上所述，头部四方分两次镦锻，加上最后1步整形工步共分5个工步。各步成形形状和尺寸如图3所示。

图3

第5工步整形，包括去毛刺、飞边、平头、使头部尺寸与产品图相符，即做出半成品工件。

旋压工序

1. 直管延长部分采用强力变薄旋压工艺，镦锻后的毛坯尺寸如图3所示，此时直管部分外径尺寸为Φ28mm，而成品尺寸直管部分为Φ22mm，根据毛坯壁厚的尺寸变化，求得其总减薄率为：

Ψ=(1-t0/t)×100%
=(1-2/5)×100%=60%(1)

式中：Ψ——减薄率
t0——零件厚度
t——毛坯厚度

由20号钢的机械性能，可求得材料的极限减薄率为：

Ψmax=［Ψ/(0.17+Ψ)］×100% 　=［0.55/(0.17+0.55)］×100% 　=76.4%(2)

由(1)式和(2)式看出毛坯的总减薄率小于其极限减薄率。

再根据体积不变规则，算得变形毛坯长度L=197.8mm(成形后留5mm平头余量)

2. 旋压道次选择

根据总减薄率，旋压过程采用3道次进行，每次减薄分别为：

第1道次Ψ1=(1-t0/t)×100%=(1-3.7/5)×100%=26%
第2道次φ2=(1-t0/t)×100% = (1-2.7/3.7)×100%=27%
第3道次Ψ3=(1-t0/t)×100%=(1-2/2.7)×100%=25.9%

其尺寸变化如图4所示。

旋压加工是在微机数控猎枪枪管旋压机上进行的，全部过程实现了自动控制旋压。

我们用此套工艺加工出了一批成品工件，经厂家检验完全合格。总之，套管产品采用无缝管先镦头后旋压的工艺是合理可行的。

作者单位:胡景春　许建设　王立志　黑龙江省旋压技术研究所　常晓智　陈文彤　齐齐哈尔第二塑料厂　赵荣贵　大庆市劳动局(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (6/12/2005)


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