小型腔悬臂空心型材分流组合模的设计与研制
2007年08月01日 0:0 7788次浏览 来源: 中国有色网 分类: 新技术
李 鹏,邹 静
(东北轻合金有限责任公司,黑龙江 哈尔滨150060)
摘要:分析小型腔悬臂空心型材分流组合模设计与制造特点,着重介绍其配合成型加工及型芯曲面电火花成型加工的工艺过程。
关键词:悬臂空心型材;分流组合模;成型加工;基准
小型空心铝合金型材一般用舌型模挤压较合适,然而舌型模的制造工艺和挤压操作较复杂,尤其是复杂截面空心型材的模具,制造难度更大。考虑到所挤铝合金的挤压性能较好,便于挤压操作等因素,把小型空心型材模具设计为平面分流组合模是一个好的尝试,这样会降低模具的制造难度。模具的型芯结构不同其平面分流组合模的制造工艺也不相同。模具设计更应考虑到制造工艺的可实施性,以利于提高模具制造质量。
1 型材截面结构分析
型材SSL-3是一个电器元件上使用的插件,结构如图1所示。该型材形状复杂,各部位壁厚差较大,最小壁厚为0.38 mm,最大处为2.74 mm;型材空心部位直径为Φ3.2 mm,尺寸较小,在挤压过程中,型芯在受到周围不均匀的金属流动的冲击,变形势必偏离原来的位置,而使不均匀的型材壁厚产生较大的尺寸偏差。因此,确保型芯强度以使其不产生位移,在设计中至关重要;型材实心部位有悬臂,其舌比为4,大于安全系数3。在挤压时,由于悬臂处受正压力较大,悬臂处根部受到较大的剪切力,使模具塌陷断裂,此处不宜做实心模具设计,需设计为分流组合结构,以改善悬臂处受力状况。
图1 SSL-3型材截面
2 空心型材模具制造工艺分析
空心型材模具根据其型芯结构的不同,大致可分为三套制造工艺过程:配合加工、分体成型加工和配合成型加工。
(1)配合加工工艺。其上模型芯是按下模型孔配合定位,钳工手工锉修成型的加工。这种方法适合加工型芯形状规则且简单的模具。生产效率高,加工精度一般,尤其适合方形型芯模具的加工。
(2)分体成型加工工艺。分别以上模、下模的模具中心为基准,用电火花成型加工型芯、用线切割加工型孔。加工中,下模中心需要加工一个不小于Φ8mm的工艺孔,如果型孔在模具中心处的尺寸小于工艺孔的直径时,不宜采用此工艺方法。此工艺具有加工精度高,上、下模互换性好的特点,但生产效率低,适合型芯形状不规则或曲面型芯的复杂型材模具的生产。
(3)配合成型加工工艺。把型芯规则的一个面或多个面与下模型孔配合加工好,作为型芯不规则面或曲面的加工基准,再用电火花成型加工型芯不规则面或曲面。该方法适合具有部分规则面的复杂型芯的模具加工。不需要加工工艺孔,尤其适合小型芯复杂型材或扁宽多孔型材模具的加工。
SSL-3型材模具型孔中心处小于Φ8mm,不适合分体成型加工,而空心部位又是圆形,型芯不宜用手工修锉成型,所以不能用配合加工工艺。该模具只能按适合配合成型加工工艺方法设计。
3 型材模具设计
根据型材截面结构特点和平面分流组合模具制造工艺可实施性分析,模具设计如下:
模具外形、流日、焊合室以及型孔尺寸均按普通分流组合模设计。按用户要求设计外形为Φ150mm×105mm,上模厚度为55mm,型芯处厚度为80mm;下模厚度为50mm;导流口外圆为Φ90mm,且四流口均布;四个模桥宽度均为18mm;焊合室深度为16mm。型孔尺寸A按公式A=A0+0.01A0+M给出(A0为型材尺寸;0.01为6063合金的收缩系数;M为型材尺寸的正偏差)。型孔工作带长度见图2所示。
图2 下模及型孔工作带示意图
模具悬臂处做一小芯与下模型孔研合,而不采用小型芯支承悬臂处结构,是为了使型芯有一个规则的加工基准面,为加工Φ3.2mm型芯提供加工基准。所以,其规则型芯长度为21mm,型芯上侧3mm宽与型孔上面压合,长度为15.8mm留有0.2mm间隙,在挤压时模桥弹性变形后正与型孔上面研合,以防从研合缝隙中流进金属。如图3所示。
图3 上模及型芯结构
因为Φ3.2mm的圆形型芯尺寸小,为了避免其受力不均匀时产生变形,增大型芯强度,尽量使型芯长度短些。不按常规分流模型芯设计,使型芯伸出型孔工作带长度1mm,而是使型芯长度伸入型孔1mm~2mm。所以,圆型芯长度为18mm,其中Φ3.2mm的长度只有6mm,其余为锥形过渡,如图3所示。
4 工艺实施
上模加工工艺流程:车削外圆、止口及型芯处→按胎钻螺丝孔及销钉孔→划型芯及流口形状线→排钻流口→铣流口及型芯外形→热处理→精车止口及端面→平磨上模平面→钳工与下模配合锉修规则型面并配研合缝处→电火花成型加工圆形型芯及型芯间根部空刀→钳工砂光并与下模装配。
下模加工工艺流程:车削外圆、止口及焊合室处→按胎钻螺丝孔及销钉孔→划型孔及焊合室形状线→铣焊合室形状→热处理→精车止口及端面→平磨下模底平面→线切割型孔→电火花加工型孔空刀→钳工砂光型孔工作带并与上模装配。
在上述工艺流程中,加工的关键是电火花成型加工圆形型芯,对这个过程作如下详细说明:
(1)成型加工的电极如图4所示。用8mm厚紫铜板做电极,不加工面要留有间隙1mm。电极外周边加工粗糙度要达到Ra0.8μm以上,以使加工准确找正。
(2)电火花成型加工的基准是钳工已加工好的型面,如图4中所示位置,在电火花机床上用千分表找正使模具坐标系与机床坐标系重合,然后,用机床的微火花放电功能实现对中,使电极中心与模具中心重合后加工。
图4 成型电极
(3)在DX45NC电火花成型机床上精加工型芯,要保证加工粗糙度Ra0.8μm以上,并使其放电加工过程稳定、电极损耗小、加工成型好。其主要的电规准是(档位):峰值电流Ip为5;脉冲宽度Ton为15;脉冲间隔Toff为1。
5 结束语
SSL-3模具经过设计与制作上的统筹安排,由于设计的合理,使制造工艺简单易行,且有效地保证模具制造质量。模具在挤压过程中克服了小型芯的变形,又改善了悬臂实心型材处的受力状况,一次上机生产出合格的型材。开辟了小型复杂型材模具设计制造的新思路。
李 鹏,邹 静
(东北轻合金有限责任公司,黑龙江 哈尔滨150060)
摘要:分析小型腔悬臂空心型材分流组合模设计与制造特点,着重介绍其配合成型加工及型芯曲面电火花成型加工的工艺过程。
关键词:悬臂空心型材;分流组合模;成型加工;基准
小型空心铝合金型材一般用舌型模挤压较合适,然而舌型模的制造工艺和挤压操作较复杂,尤其是复杂截面空心型材的模具,制造难度更大。考虑到所挤铝合金的挤压性能较好,便于挤压操作等因素,把小型空心型材模具设计为平面分流组合模是一个好的尝试,这样会降低模具的制造难度。模具的型芯结构不同其平面分流组合模的制造工艺也不相同。模具设计更应考虑到制造工艺的可实施性,以利于提高模具制造质量。
1 型材截面结构分析
型材SSL-3是一个电器元件上使用的插件,结构如图1所示。该型材形状复杂,各部位壁厚差较大,最小壁厚为0.38 mm,最大处为2.74 mm;型材空心部位直径为Φ3.2 mm,尺寸较小,在挤压过程中,型芯在受到周围不均匀的金属流动的冲击,变形势必偏离原来的位置,而使不均匀的型材壁厚产生较大的尺寸偏差。因此,确保型芯强度以使其不产生位移,在设计中至关重要;型材实心部位有悬臂,其舌比为4,大于安全系数3。在挤压时,由于悬臂处受正压力较大,悬臂处根部受到较大的剪切力,使模具塌陷断裂,此处不宜做实心模具设计,需设计为分流组合结构,以改善悬臂处受力状况。
图1 SSL-3型材截面
2 空心型材模具制造工艺分析
空心型材模具根据其型芯结构的不同,大致可分为三套制造工艺过程:配合加工、分体成型加工和配合成型加工。
(1)配合加工工艺。其上模型芯是按下模型孔配合定位,钳工手工锉修成型的加工。这种方法适合加工型芯形状规则且简单的模具。生产效率高,加工精度一般,尤其适合方形型芯模具的加工。
(2)分体成型加工工艺。分别以上模、下模的模具中心为基准,用电火花成型加工型芯、用线切割加工型孔。加工中,下模中心需要加工一个不小于Φ8mm的工艺孔,如果型孔在模具中心处的尺寸小于工艺孔的直径时,不宜采用此工艺方法。此工艺具有加工精度高,上、下模互换性好的特点,但生产效率低,适合型芯形状不规则或曲面型芯的复杂型材模具的生产。
(3)配合成型加工工艺。把型芯规则的一个面或多个面与下模型孔配合加工好,作为型芯不规则面或曲面的加工基准,再用电火花成型加工型芯不规则面或曲面。该方法适合具有部分规则面的复杂型芯的模具加工。不需要加工工艺孔,尤其适合小型芯复杂型材或扁宽多孔型材模具的加工。
SSL-3型材模具型孔中心处小于Φ8mm,不适合分体成型加工,而空心部位又是圆形,型芯不宜用手工修锉成型,所以不能用配合加工工艺。该模具只能按适合配合成型加工工艺方法设计。
3 型材模具设计
根据型材截面结构特点和平面分流组合模具制造工艺可实施性分析,模具设计如下:
模具外形、流日、焊合室以及型孔尺寸均按普通分流组合模设计。按用户要求设计外形为Φ150mm×105mm,上模厚度为55mm,型芯处厚度为80mm;下模厚度为50mm;导流口外圆为Φ90mm,且四流口均布;四个模桥宽度均为18mm;焊合室深度为16mm。型孔尺寸A按公式A=A0+0.01A0+M给出(A0为型材尺寸;0.01为6063合金的收缩系数;M为型材尺寸的正偏差)。型孔工作带长度见图2所示。
图2 下模及型孔工作带示意图
模具悬臂处做一小芯与下模型孔研合,而不采用小型芯支承悬臂处结构,是为了使型芯有一个规则的加工基准面,为加工Φ3.2mm型芯提供加工基准。所以,其规则型芯长度为21mm,型芯上侧3mm宽与型孔上面压合,长度为15.8mm留有0.2mm间隙,在挤压时模桥弹性变形后正与型孔上面研合,以防从研合缝隙中流进金属。如图3所示。
图3 上模及型芯结构
因为Φ3.2mm的圆形型芯尺寸小,为了避免其受力不均匀时产生变形,增大型芯强度,尽量使型芯长度短些。不按常规分流模型芯设计,使型芯伸出型孔工作带长度1mm,而是使型芯长度伸入型孔1mm~2mm。所以,圆型芯长度为18mm,其中Φ3.2mm的长度只有6mm,其余为锥形过渡,如图3所示。
4 工艺实施
上模加工工艺流程:车削外圆、止口及型芯处→按胎钻螺丝孔及销钉孔→划型芯及流口形状线→排钻流口→铣流口及型芯外形→热处理→精车止口及端面→平磨上模平面→钳工与下模配合锉修规则型面并配研合缝处→电火花成型加工圆形型芯及型芯间根部空刀→钳工砂光并与下模装配。
下模加工工艺流程:车削外圆、止口及焊合室处→按胎钻螺丝孔及销钉孔→划型孔及焊合室形状线→铣焊合室形状→热处理→精车止口及端面→平磨下模底平面→线切割型孔→电火花加工型孔空刀→钳工砂光型孔工作带并与上模装配。
在上述工艺流程中,加工的关键是电火花成型加工圆形型芯,对这个过程作如下详细说明:
(1)成型加工的电极如图4所示。用8mm厚紫铜板做电极,不加工面要留有间隙1mm。电极外周边加工粗糙度要达到Ra0.8μm以上,以使加工准确找正。
(2)电火花成型加工的基准是钳工已加工好的型面,如图4中所示位置,在电火花机床上用千分表找正使模具坐标系与机床坐标系重合,然后,用机床的微火花放电功能实现对中,使电极中心与模具中心重合后加工。
图4 成型电极
(3)在DX45NC电火花成型机床上精加工型芯,要保证加工粗糙度Ra0.8μm以上,并使其放电加工过程稳定、电极损耗小、加工成型好。其主要的电规准是(档位):峰值电流Ip为5;脉冲宽度Ton为15;脉冲间隔Toff为1。
5 结束语
SSL-3模具经过设计与制作上的统筹安排,由于设计的合理,使制造工艺简单易行,且有效地保证模具制造质量。模具在挤压过程中克服了小型芯的变形,又改善了悬臂实心型材处的受力状况,一次上机生产出合格的型材。开辟了小型复杂型材模具设计制造的新思路。
责任编辑:CNMN
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