炮弹壳体液态模锻模设计
炮弹壳体液态模锻模设计
熊洪淼,李春,王家宣,李达
(南昌航空大学材料学院,江西南昌330063)
摘要:采用液态模锻工艺生产杯形、薄壁深筒形炮弹壳体,依据零件图设计了液态模锻工艺用锻件图、试验用模具,并生产出试验产品。经过试验产品分析,最终设计制造出生产用模具。模具结构简单、紧凑,工作平稳,生产的零件符合设计要求。
关键词:炮弹壳体;液态模锻;模具设计
中图分类号:TG316.3文献标识码:B文章编号:1001-2168(2008)02-0061-03
Desi g n of li q uid for g in g die for shot's shell
XIONG Hon g-miao,LI Ch un,WANG Jia-xuan,LI Da
(School of Materials Science and En g ineerin g,Nanchan g Han g ko n g Universit y,
Nanchan g,Jian g xi330063,China)
Abstract:The liqu id forging t echnique w as used to form cyathiform,thin wall and deep cylindrical shap ed cann onball s hell.The f orgin g figure used for the liquid forging process,a die for t rial pro duction were desi g ned based on the p art drawin g.Aft er an anal y sis on the trial p ro ducts,a d ie for the pract ical manufacturing was made,which is comp act in structure and reliab le in o perat ion.The fin ished shells meet the requirements of design.
Ke y words:can nonball shell;li q u id fo r g in g;die desi g n
1工艺分析
液态模锻又称挤压铸造,是20世纪30年代发
展起来的基于铸造、锻造和金属学的一项少无切削
加工工艺。用该工艺生产的零件具有性能好、再加
工量少、材料利用率高等优点,加之液态模锻能改
善劳动环境、节约能源,使得此技术不断得到推广
应用[1,2]。图1所示炮弹壳体是一种薄壁曲面类零
件,原主要采用机械加工制作,工序多,时间长,并
浪费原材料。现根据用户针对零件性能方面提出的
要求,结合零件结构特点和加工难度,决定用ZL201
合金液态模锻工艺制坯,设计制造了壳体零件毛坯
液态模锻模具,零件成形后,外表面只需进行少量
的机械加工,内表面不需机加工就可以直接使用。
2锻件图设计
锻件图设计是模具设计的基础,从锻件的形状和尺寸可基本确定模具的结构形式和尺寸,模具的
图1炮弹壳体
受力情况,模具的配合以及模具的材料等。
图1所示炮弹壳体长202mm,壁厚约3mm,最大处直径 73mm,内孔成形后不需机加工。根据零件尺寸,结合变形收缩、加工余量以及液态模锻成形工艺特点设计的锻件图如图2所示。
收稿日期:2007-10-19。
作者简介:熊洪淼(1957-),男,江西九江人,高级实验师,主要从事模具设计和应用工作,地址:南昌市丰和南大道696号南昌航空大学材料学院塑性成形系,(电话)0791-*******,(电子信箱)sophia130520@https://www.wendangku.net/doc/e711667951.html,
。
图2锻件图
3模具结构参数设计3.1液态模锻模具结构
液态模锻模具采用凸模直接加压工艺,模具分
为上模和下模两部分。凹模固定在液压机下工作台上,成形时,凸模对凹模中的液态金属直接加压成形;锻件的出型是利用卸料圈限制锻件留在下模,先将凸模抽出,然后卸下卸料圈,再采用底部顶出的方法顶出锻件。
3.2模具间隙设计
模具凸、凹模配合间隙直接影响产品质量和模具寿命。模具配合间隙太小,模锻时凸模与凹模容易卡死;配合间隙太大,液体金属会从间隙中溅出。本模具凸、凹模通过凸模和卸料圈的配合及凹模和卸料圈的配合来达到设计要求,保证了锻件毛坯壁厚均匀,模具工作平稳。3.3收缩率
液态模锻件的收缩率选择是设计模具时较难掌握的一个问题,它与许多因素有关。设计时应注意以下几点:
(1)液锻件收缩率沿锻件高度方向的变化特点是上端面收缩量小,下端面略大,而收缩率最大部位是在距下端面(0.4~0.5)H (H 为锻件总高度)处。这种收缩特性对所有液锻件均是如此,与压力大小和其他工艺参数无关。
(2)在筒形锻件壁厚不变的条件下,随着高度的增加,最大收缩截面的相对高度和外表面弯曲量也增加。
(3)对筒形锻件,当外径、压力及单位壁厚的保压时间不变时,随着壁厚的增加,各处的收缩率和外表面弯曲量均有所增加,这是由于锻件温度较高产生热收缩的关系。
(4)压力的增加会使锻件所有截面上的收缩率减小。
收缩最大的部位是在液态金属最后凝固的截面。此模具收缩率取0.8%~1%。
3.4拔模斜度
此模具用了顶件装置,拔模斜度可取略小一些,本设计中凹模取15 ,凸模取5 ~10 。
3.5排气系统
本模具采用模具配合间隙排气,不另外开设排气槽。
综合以上分析设计制造的壳体液锻试验模具如图3所示。
在试验模具中没有设计导柱、导套,由于壳体液态模锻拔模力较大[3],在大批量生产时,如果不用导柱、导套很容易发生上、下模错移,出现锻件孔壁不均匀和内孔局部拉伤现象,在正规生产时最好设置导柱、导套。生产用模具如图4
所示。
图3
壳体试验模结构
1.下模板
2.推杆
3.紧固螺钉
4.凹模
5.卸料圈
6.加热圈
7.凸模
8.上模板9.紧固螺钉10.上模固定板
11.热电偶
4辅助装置设计
4.1定量装置设计
对于液态模锻,浇注在模具中的金属液是完全封闭在模具中成形的,锻件高度尺寸只能由定量浇注来保证。定量浇注愈精确,高度偏差愈小,经济效益愈明显。本设计采用最简单的定量浇注装置,即定量浇注勺,通过操作人员控制浇入量。浇勺容积根据锻件体积换算得到。
ZL201密度2.78g/cm3,壳体锻件质量1.15k g,室温下体积410.71cm3,达到浇注温度时的体积为435.3526cm3,设计的定量浇注装置容积为571.26 cm3。4.2抬模杆设计
抬模杆为卸去卸料圈的操作杆,此杆焊在卸料圈上,卸去卸料圈时,只需握住此杆转动10.2 ,然后抬起即可取下卸料圈。
4.3热电偶和加热圈设计
热电偶选用镍铬 镍硅热电偶,分无固定和固定2种形式,可随时测试模具温度,量程为0~800。加热圈采用电阻加热,厚度4mm,围绕在模具周围,功率2kW。
5结束语
用试验模制造的试验件已通过试生产,生产的零件性能良好,通过实弹打靶,强度、韧度和稳定性满足设计要求,与原棒料车削加工工艺相比,大大节省了材料和加工工时。
试验模和生产模相比,生产模添加了导柱、导套导向装置,导向性和稳定性更好,生产模还进一步改进了模具尺寸,使毛坯尺寸比试验模制造的毛坯更接近零件尺寸,从而使得拔模力减小,材料利用率进一步提高。
参考文献:
[1]齐丕骧.挤压铸造[M],北京:国防工业出版社,1984.
[2]罗守靖.钢质液态模锻[M],哈尔滨:哈尔滨工业大学
出版社,1980.
[3]王家宣,艾云龙.铝合金间接挤压铸造抽芯力的分析与
计算[J],特种铸造及有色合金,2001(3):125_127.
专利名称:一种冲压复合模具
专利申请号:CN200510042956.9
公开号:CN1733384申请日:2005.07.13
公开日:2006.02.15申请人:兰州理工大学
一种冲压复合模具,下模主要是由下模座、拉深凸模、落料凹模、导柱、侧滑柱、复位弹簧、侧凸模、压料器组成,其中拉深凸模、落料凹模分别安装在下模座上的中心部位,导柱直接安装在下模座上,侧滑柱安装在落料凹模里,拉深凸模的上端面低于落料凹模的上端面,两个端面之间的垂直距离约等于被加工坯料的厚度;上模主要由大弹簧、斜楔、顶出器、模柄、打杆、垫板、上模座、凸凹模、弹性卸料板、导套组成,其中导套直接安装在上模座上,斜楔安装在上模座侧边,打杆安装在模柄里,顶出器安装在凸凹模里,上模通过导套和导柱与下模合模。
图4壳体生产模结构
1.抬模杆
2.下模板
3.推杆
4.销
5.导柱
6.凹模
7.卸料圈
8.凸模
9.导套10.销11.上模板12.紧固螺钉13.上模固定板14.加热圈15.热电偶16.紧固螺钉