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制動錐鼓鍛造工藝與模具設計

作者:洛陽機械加工 日期:2021-08-14 16:33:47 點擊數:

      制動錐鼓鍛造工藝與模具設計。

      隨著我國經濟的飛速發展和科技的進步,電梯隨著高層建筑的增多已經越來越普遍存在于我們的生活當中,電梯的安全問題越發的引起了人們的重視。防墜安全器(圖1)是電梯升降機配備的最重要的安全保護裝置,是在電梯超速下行或墜落時的最后道安全保護措施。在電梯所有安全裝置失效的情況下,電梯呈自由落體狀態,當下降速度達到正常運行速度的6倍時,安全器動作,錐鼓鎖死,靠輸出齒輪與齒條制動,同時控制電路斷電。作為電梯的保安關鍵件,錐鼓原先為鑄件,曾在電梯墜落過程中破裂而失效過,現在逐步改為鍛件。 錐鼓為精密模鍛件,尺寸精度較高機械加工余量少。錐鼓屬具有深孔薄壁特征形狀較復雜的肋腹鍛件。在主軸方向上截面形狀變化劇烈,因此,鍛造難度較大。鍛造過程中cnc雕刻刀加工容易受到不均勻熱收縮變形氧化皮影響,精化部位的非加工尺寸精度更難保證。 圖2所示為我公司承制的某型號錐鼓。鍛件重15kg,材質為42CrMo,包容體尺寸φ234mm×218mm,沿主軸方向截面尺寸變化劇烈從φ42mm→φ200mm→φ125mm(鍛件的復雜因數為S4)。錐鼓內壁均為非加工面,拔模斜度僅為0.8°。 鍛件的內外壁同軸度要求≤0.5mm。該鍛件分模面嚴格說是沖頭曲面,出模困難,鍛件容易粘在沖頭上。鍛造精度要求高,只能火成形,沒有火鍛造可能,因為錐鼓內壁的個縱向鍵在火很難重合,鍛造充填難度大。 α與模鍛方式有關的系數,開式模鍛該值為4;F螺旋壓力機成形力(N);S鍛包括毛邊在內的鍛件在分模面上的投影面積(mm2);V鍛鍛件體積(mm3);σs鍛件在終鍛溫度下的屈服極限(MPa),通常可用同溫度下的強度極限σb代替。上式適用于打擊次成形所需的設備噸位,若采用2~3次打擊成形,則應按計算值減少1/2。考慮在摩擦壓力機上只通過2次打擊成形,σs按終鍛溫度900℃取值55MPa;S鍛=57415mm2;V鍛≈mm3;把參數代入公式,經計算,F≈24860kN。 故可選用2500t摩擦壓力機。⑴終鍛型腔。錐鼓為軸對稱變形的短軸類回轉體鍛件,可采用閉式溢毛邊模鍛鍛造。通過溢出少量毛邊,可以提高薄壁上口的成形條件,鍛件容易充滿。 只設計終鍛型腔,直接鍛造成形。⑵增加定位凸臺。鍛件為回轉體,在鍛件結構上缺少在模具型腔定位的結構,容易在鍛造過程中在下模內旋轉,在錐鼓內壁產生折疊。在分模面橋部位置設計定位凸臺耳朵(見圖3紅色標示位置)。 后續在切邊工序,將增加的凸臺切除。⑶增加鑲塊結構。錐鼓的內壁為非加工面,產品質量要求高。 而模具的沖頭部位,是材料流動的主要域。因金屬變形流動,在模具表面產生激烈的摩擦,容易引起模具失效,造成鍛件的形狀尺寸和表面質量不符合要求。將模具的沖頭用H13材料單獨做成鑲塊(見圖4)。 H13材料在較高溫度時具有較好的強度和紅硬性,高的耐磨性等特點,能保證模具沖頭壽命。在模具出現失效時,更換方便,提高生產效率。而且將上模的沖鋁零件加工廠頭做成鑲塊,能提高模具的加工效率,減少模具材料損耗。⑷增加桿部摩擦力。 錐鼓壁厚較薄,內壁斜度為0.8°,生產過程中容易出現熱收縮而產生鍛件粘沖頭出模困難等情況。造成生產中斷和模具提前失效等后果。考慮設備有頂出機構,可增加鍛件在下模型腔的摩擦力,讓鍛件粘在下模,由頂桿將鍛件頂出,即可解決粘上模的情況。將錐鼓下端的桿部的拔模斜度設計成1°。 在實際生產中,桿部的接觸面過小,阻力達不到預期效果。因此將錐鼓桿部恢復圖紙要求,內壁外側10mm位置的拔模斜度設計成1°(圖5)。利用金屬塑性成形仿真軟件DEFORM3D,對工藝和模具進行仿真分析。模擬初始條件設置如下錐鼓材料為4140;坯料規格為φ110mm×175mm;坯料溫度為1180℃;設備為2500t摩擦壓力機。 坯料為塑性體,模具為剛性體;摩擦系數為0.3;坯料與空氣換熱系數取為0.02N/(s·mm·℃),模具與坯料之間的熱傳遞系數取為11N/(s·mm·℃),模具與空氣換熱忽略不計。依次按工藝分兩階段進行模擬是自由鍛鐓粗至H=56mm;是模鍛成形。鐓粗階段成形簡單,現主要分析鍛造成形過程。由圖6可知,鍛造最大的成形載荷為2440t,2500t摩擦壓力機能滿足生產需要。 仿真結果表明,采用現行的鍛造工藝方案和模具,模擬效果好,鍛件的模擬結果滿足要求。分析圖6溫度分布可知,變形過程中,鍛模首先與坯料接觸,在鍛打初始階段,這部分坯料由于與模具接觸,熱損耗較大。鍛打結束后,錐鼓由正擠壓桿部和反擠壓錐鼓內壁等方式填充模膛。變形熱和摩擦產生的熱量較大補償了溫度損失,因此溫度下降較少。 鍛打完成后,鍛件整體溫度仍然較高,毛邊溫度在900℃以上,能夠滿足后續熱切邊工藝對鍛件溫度的要求。分析圖6鍛造載荷曲線可知,曲線可分為緩慢上升和急劇上升兩個階段,成形開始后鍛造載荷緩慢上升,直到接近成形終了時第錘的載荷急劇上升,鍛打結束時最大載荷達到2440t。第錘模擬結束時,坯料主要以擠壓方式充填模具型腔,在鍛造后期,變形金屬外流至毛邊橋部時會受到強烈的阻礙作用,載荷隨上模行程增大而急劇增大。圖7為錐鼓鍛造過程中坯料速度場分布圖。 從圖中可以看出,坯料主要以擠壓方式成形,材料充填比較容易,在鍛造后期橋部附近的外流金屬受到強烈阻礙作用,轉而流向未充滿的錐鼓內壁上口的圓角部位。整個階段鍛件填充飽滿,質量良好。實際生產過程,坯料經過自由鍛鐓粗后,在終鍛模型腔內經過2錘鍛打成形。模具投入使用后,該鍛件已經進入批量生產驗證,尺寸滿足圖紙要求,質量穩定,產品合格率達到99%以上,材料利用率達到85%。 圖8所示為切邊工序結束后的產品實物和鍛件的晶粒度照片。

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      機加工表面粗糙度的影響因素有哪些,表面粗糙度決定了零件的質量,粗糙度越好的零件質量越好,客觀來說,機加工表面粗糙度的因素主要有以下個方面。第,物理因素,在工件的切削過程中,刀刃圓角和擠壓能讓金屬材料變形,這會讓表面粗糙度嚴重惡化,在加工塑性材料時還會因為形成帶狀切削而形成積屑瘤,并且硬度非常高。積屑瘤的外觀性能非常不規整,因此非常容易使工件表面出現深淺寬窄不的刀痕。
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      所以,在加工前定要注意材質的密度,如果密度太大,相當于硬度也很大,而硬度要是超過機件(車床車刀)的硬度,就是無法加工的,不僅僅會損壞零件,還會造成危險,比如車刀飛崩出去傷人等。所以,般來說,對于機械類加工來說,材料材質要低于機刀的硬度,這樣才能被加工。

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      制動錐鼓鍛造工藝與模具設計。

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