本文敘述了用歸工藝生產(chǎn)梅花板手所存在的問題及用輥鍛制坯----小毛邊模鍛工藝生產(chǎn)的優(yōu)點，并對梅花板手進行了工藝分析。

介紹了梅花板手制坯輥鍛工藝和小毛邊模鍛工藝及其模具設(shè)計。

主題詞：梅花板手 輥鍛 模鍛 模具設(shè)計

1概述

梅花板手是一種用得很廣泛的手工工具，型號多，批量大。

 

類似零件還有雙頭呆板手，兩用扳手等。過去雖然已進行了一系列改進，使原來_依靠落后的手工鍛造生產(chǎn)方式逐步改進組成了具有_水平的鐓頭--輥軋--模鍛流水線。但該流水線還存在工序多、材料利用率低、勞動強度大等不足之處。

輥鍛是目前國內(nèi)外廣泛采用的一種較_的塑性成形工藝。

 

它既可作為模鍛前的制坯工序，亦可直接輥制鍛件。

 

這種輥鍛工藝不僅具有獲得_形狀及尺寸的光滑表面毛坯，還具有生產(chǎn)率高、模具壽命長及材料利用率高等優(yōu)點。

輥鍛是使毛坯（冷態(tài)的或熱態(tài)的金屬）在裝有圓弧形模塊的一對旋轉(zhuǎn)鍛輥中通過（圖1）時，借助模具型槽使其產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需要的鍛件或鍛坯

下面以16×18mm梅花扳手為例作詳細介紹。

2工藝分析

圖2為16×18mm梅花扳手零件圖，材料為45號鋼，兩頭部熱處理淬頭回火硬度為HRC38～45。

 

按鍛造工藝的形狀類別，其形狀是屬于兩頭粗大、中間桿狀的長軸類鍛件，所以必需采用輥鍛成形才能達到所要示的制件形狀及尺寸。

從多年生產(chǎn)實踐分析可知，毛坯軸線方向與打擊方向互相垂直，金屬主要沿高度及寬度方向流動，而沿長度方向流動很小。

 

其特點：a.鍛件的長度與寬度、高度的尺寸 比例大；b.鍛件沿長度方向其截面積變化較大。

 

因此，在大批量生產(chǎn)時，必需考慮采用效率較高的制坯工步--輥鍛工藝及終成形工藝---小毛邊開式模鍛，所以梅花扳手的塑性成形工藝主要包括：a.高速鋸切下料；b.感應(yīng)加熱；c. 輥鍛制坯；d.摩擦壓力機模鍛；e.沖床切邊；g.沖孔；h.沖十二角。

3模鍛工藝

該零件除了兩頭平面刮平與倒角外，其余均不經(jīng)切削加工，故該零件圖基本上為鍛件圖。

模鍛生產(chǎn)過程、工藝規(guī)范制訂、模具設(shè)計、鍛件檢驗及鍛模制造等都離不開鍛年圖，設(shè)計時一般應(yīng)考慮解決下列問題：

3.1確定分模位置

鍛件分模位置合適與否，關(guān)系到鍛件成形、鍛件出模、材料利用率等一系列問題。

 

確定分模位置_基本原則是_鍛件狀盡可能與零件形狀相同和鍛件容易從鍛模型槽中取出；此外，還應(yīng)爭取獲得鐓粗充填成形的良好效果。

 

為此，根據(jù)梅花扳手的形狀特點，分模線設(shè)在鍛件的中央，如圖2中粗線所示。

 

這樣模鍛時將產(chǎn)生水平分力，為平衡這個錯移力，將扳手柄部型槽設(shè)計成與水平線成α傾斜角（圖3），以形成自然的鎖扣，α角的大小根據(jù)大小頭模具型槽的深度（圖3中之A、B）及水平分力大小而定，同時還須考慮模具的強度及前一工步的關(guān)系。

現(xiàn)取α=7o。其大小頭模具型槽深度可基本相同，且模具強度較高，輥鍛后的坯料可開成平直形狀水平地放進模鍛型槽，定位較好。

3.2其它工藝參數(shù)

設(shè)計鍛件圖時，還需要決定公差、模鍛斜度、圓角半徑，但基本上與常規(guī)方法相似。

3.3確定局部小毛邊槽型式及時性尺寸

考慮到輥鍛后成形的坯料在桿部和部分頭部已有1～1.25mm厚的毛邊，故在桿部不再設(shè)置毛邊槽，易模鍛時上下模表面不接觸，其中留有1.5mm的間隙。鍛件兩端頭部的形狀復(fù)雜，難以充滿型槽，為了補足其金屬體積，故在其輪廓四周選用如圖4的小毛邊槽型式，其尺寸為:h1=1.5mm，h=3mm，b=5mm，b1=10mm。

3.4計算毛坯截面圖及直徑圖

模鍛時，_先將等截面的棒料預(yù)制成不等截面的中間毛坯，使其每一截面面積等于鍛件的相應(yīng)截面積再加上相應(yīng)的小毛邊截面積，然后將此中間毛坯放入模鍛型槽中進行模鍛，這樣，可_各截面處金屬足夠，充填良好，變形后多余金屬沿鍛件兩端頭部輪廓分模線上將形成較小的毛邊。

 

這種理想的中間毛坯稱為“計算毛坯”。

 

計算毛坯可用計算毛坯截面圖與計算毛坯直徑圖表示，兩者統(tǒng)稱為計算毛坯圖。

計算毛坯截面圖是沿鍛件軸線方向截面積變化的圖像。

 

計算毛坯直徑圖是鍛件軸線方向直徑變化的圖像。

 

兩者都反映了鍛件長度（軸線）上金屬分布的情況。

 

關(guān)于毛坯截面圖及直徑圖的計算方法與常規(guī)方法相似。

根椐毛坯截面圖可確定坯料的體積V=35500mm3。

3.5 模具型槽的設(shè)計

模具型槽是鍛件時_后成形的型槽，它是按熱鍛件圖制造和檢驗的。

 

開式模鍛時，梅花扳手兩頭的型槽沿分模面設(shè)置小毛邊槽，而桿部體積能正確計算及容易成形，故不設(shè)毛槽。

 

鍛件在模具型槽里鍛好冷卻到室溫時，其尺寸要縮小，所以熱鍛件圖要按鍛件圖（冷）放大一個收縮量。

 

對梅花扳手鋼鍛件的收縮率一般取1.2%。模具型槽 的主要尺寸見圖5。

當傾斜角α=7o時，錯移力未_平衡，故設(shè)置了外加平衡鎖塊，見圖3所示。

3.6 模鍛力的計算

模鍛所需的壓力可按下式計算：

P=K(2+0.1(Fsqrt(F))/V)σb.F

式中P--模鍛力，N

K--系數(shù)，當開式模鍛時取K=3.5

F--鍛件投影面積，mm2,根據(jù)計算為4200mm2

V--鍛件體積，mm3,根據(jù)計算為35500mm3

σb--模鍛終了時的金屬強度_，MPa,按45號鋼選用60MPa

計算后得 P=2500kN

故選用3000kN摩擦壓力機進行生產(chǎn),模鍛時坯料溫度為900～950oC。

4輥鍛制坯工藝

4.1選擇原毛坯尺寸

輥鍛過程中，毛坯每一道變形時，除了少量金屬展寬外，大部分金屬都沿鍛件軸線被延伸，使毛坯模截面不斷減小。

 

因此，選擇原毛坯截面尺寸，可按下式確定原毛坯的截面積：

Fo=K.Fmax

式中Fo--原毛坯截面積，mm2

Fmax-- 鍛件_截面積，mm2

K--截面增大系數(shù)，取K=1.1～2.0

原毛坯長度尺寸可根據(jù)梅花扳手鍛件圖來進行計算的。

 

經(jīng)計算并按鋼材標準規(guī)格，_后選定的實際原毛坯尺寸為φ18×140mm。

4.2確定輥鍛道次

選擇輥鍛道次對_輥鍛件的成形及提高生產(chǎn)率有很大的影響。

 

如果選擇道次過多，則將增加輥鍛模具的數(shù)量，同時延長操作時間，使生產(chǎn)率降低。

 

反之，如果輥鍛道次過少，則將使金屬分配不全理或使金屬變形加劇，影響繼續(xù)輥道次的主要依據(jù)是金屬延伸量的大小及制作成形的難易程度，可按下式初步確定輥鍛道次N：

N=lgλ/1gλ平

總延伸系數(shù)λ等于原毛坯橫截面積Fo與輥鍛后鍛件的_小截面積Fmin之比，即λ=Fo/Fmin=254.34/121.5=2.09.

平均延伸系數(shù)λ平一般為1.5～2.5.

根據(jù)輥鍛道次的計算及梅花扳手坯料工藝的分析，代入上式得N=1g2.09/1g2=1.06,輥鍛道次選為N=1。

4.3 設(shè)計輥鍛后制坯的形狀及尺寸

輥鍛制坯的形狀應(yīng)根據(jù)計算毛坯直徑圖的數(shù)據(jù)來進行設(shè)計，其形狀及尺寸見圖6所示。

4.4 確定輥鍛模具型槽尺寸，根據(jù)生產(chǎn)中實際數(shù)據(jù)，其前滑量S=2%～3%,取S=2.5%計算：

①模具型槽的總長度 L=L坯/1+S=262/102.5×100≈255mm

②大小頭尺寸：按鍛件和毛邊的體積定出φ27×15和φ23×25的扁球體，但兩頭都留有5mm伸縮量，以利充滿模鍛型槽。

③桿部截面為橢圓形，其體積取決于鍛件桿部體積，因模鍛時桿部不再溢出毛邊。其它尺寸則參照鍛件尺寸確定，參見圖2。

④毛邊：在兩鍛輥中間留有1.25mm的間隙。毛邊自然形成。

由上可得輥鍛模型的形狀及尺寸，見圖7所示。

 

5切邊、沖孔及沖十二角

梅花扳手模鍛后，還需進行切邊、沖孔及沖十二角。

 

這些工藝所用的沖模均為一般熱沖模結(jié)構(gòu)，在標準壓力機上進行沖壓，故不再作工藝分析。

6模具材料

鍛壓模和輥鍛模在工作時都承受著較大的壓力，另一方面又在反復(fù)受熱和冷卻的條件下工作，通常模具受熱的溫度可達350～500oC。

 

因此，模具內(nèi)部在交變應(yīng)力的作用下，_易形成熱疲勞裂紋。

 

為_模具的使用壽命，鍛壓模和輥鍛均選用3Cr2W8合金模具鋼。

 

由于鍛壓模需要量較大，可采用冷壓方法制造。

鍛壓模和輥鍛模的熱處理工藝，經(jīng)淬火及回火后的硬度為HRC48～51。

7 結(jié)論

在梅花扳手一具零件生產(chǎn)中，采用輥鍛技術(shù)和小毛邊模鍛組成_的成形工藝，在技術(shù)上和經(jīng)濟上有了明顯的提高，即簡化了生產(chǎn)工序，提高了產(chǎn)品質(zhì)量及合格率，又減少了基本設(shè)備投資，降低了產(chǎn)品成本。