用于浮动精锻模中的碟形弹簧的设计弯管机铣床扼流线圈泵配件毛纺原料Frc

用于浮动精锻模中的碟形弹簧的设计

摘要：叙述了精密锻造的优点，提出使用碟形弹簧实现浮动模具工艺。介绍了碟形弹簧的组合方式，并给出设计实例。

关键词：碟形弹簧；精密锻造

一、概述

锻造是机械制造的基础技术，随着机械工业的迅速发展，模锻件的应用越来越广泛，锻件生产向着高精化、高质量、多品种、低消耗、低成本的方向发展［1，2，4］。

精密锻造采用可分凹模闭式挤压成形，模具先闭合成封闭空间，同时对闭合凹模施加足够强大的压模力，然海城后由一个或多个冲头(单向或多向)对金属坯料进行挤压成形。这种方法通过一次成形即可获得复杂形状的高精度锻件，目前在世界各国的应用非常广泛［1］。通过先进的工转印膜艺设备、检测手段相配合，已形成了优质高效低耗的精密成形单元或系统，并普遍取代了传统的成形工艺与设备。

国内目前双动压力机较少，必须改造模具以实现浮动模具工艺，采用碟形弹簧是方法之一。

二、碟形弹簧的负荷

在金属变形中，压力机施加的总变形抗力P总等于坯料变形吸收的变形抗力P变与张模力P张(碟形弹簧承受的反抗力P弹)之和(图1)。即：

P总＝P变+P张(P弹)(1)

P变＝p×A凸(2)

P张＝p×(A投-A凸)(3)

式中p美国、西欧、日本依然占据绝对领先优势——单位挤压力

A凸——凸模工作投影面积

A投——制件(包括连皮)最大投影面积

图1挤压力分配图

1.上凹模2.下凹模3.垫板4.导柱5.下凸模

6.碟形弹簧7.压模圈8.坯料/制件9.上凸模

三、碟形弹簧的组合方式［2］

碟形弹簧的形状和尺寸如图2所示。

图2碟形弹簧

设P为载荷；p为单个碟片承载；H为单个碟片高度；n为每叠碟片个数；F为碟片组总变形量，即行程；f为单个碟片变形量；s为单个碟片厚度；i为每组弹簧叠数；Ho为碟片组高度。

1.对合碟形弹簧组(图3)

特点是变形大，承载小，适于长轴类锻件。

P＝p(4)

F＝n×f(5)

Ho＝n×H(6)

图3对合组合方式

2.叠合碟形弹簧组(图4)

特点是变形小，承载大，适于短轴类锻件。

P＝n×p(7)

F＝f(8)

Ho＝H+(n-1)×s(9)

图4叠合组合方式

3.复合碟形弹簧组(图5)

特点是变形较小，承载较大，适于复杂锻件。

P＝n×p(10)

F＝i×f(11)

Ho＝i×［H+(n-1)×s］(12)

考虑摩擦时，按载荷的2%～3%计。

图5复合组合方式

四、碟形弹簧的设计

1.设计步骤

(1)确定开模力。

(2)考虑模具尺寸和弹簧承载能力，确定弹簧组合形式、组数和每组负荷。

(3)选择C＝D/d(外/内直径)值：取值范围2～3.5。国家标准取2。初步确定外径D后，通过C值在文献［2］中表中查系数α、β、γ值。

(4)选择h/s(h-极限变形量)值：取值范围0.6～1.3。太小不能实现行程需要，太大碟形弹簧性能会有变异(翻转)，引起特性曲线的突然改变。

(5)选择f中国科学院宁波材料技术与工程研究所“先进涂料与粘合技术”团队现已成功开发了1系列聚乳酸多元醇max/h值：取值范围0.6～0.75。太小不能实现行程需要。

(6)选择材料：65Si2MnWA，σs＝1700MPa。

(7)计算厚度s：由动载荷情况下的强度校核公式σⅡ、σⅢ反算s，取其小者。并由h/s、fmax/h计算h和fmax。

(8)由文献［2］中式(14—18)计算在fmax情况下，该碟形弹簧在强度许可范围内的最大承载力p。

(9)确定每叠碟片个数：n＝P/p(13)

确定每组叠数：i＝F/fmax(14)

(10)确定每组高度：Ho＝i×［H+(n-1)×s］

(11)从输出数据中选择合适者作为结果。

以上计算可以通过设计短小计算机程序来完成。

2.设计实例

图6是汽车传动系统中的内星轮零件，采用碟形弹簧闭式锻造工艺。设9.5mm处为分模面，下部型腔无相对运动，在上模装碟形弹簧。设坯料为φ36.5mm×40mm，行程同为24.1mm，总挤压力为2600KN。碟形弹簧基本参数为：D＝110mmd＝32.4mmfmax＝4.1mmf/h＝0.7p＝65.1KNH＝10.8mm。凸凹模尺寸有两种设计方案：

图6内星轮零件简图

(1)下模在B处分凸凹模，φ36.5mm为凸模直径，则坯料变形力为122008年6月50KN，分模力为1350KN，碟簧(n,i)＝(6,6),Ho＝211.8mm；

(2)下模在A处分凸凹模，仅侧鼓投影面积为凹模承载面积，凸模作成镶块式，则坯料变形力为2100KN，分模力为500KN，碟簧(n,i)＝(2，6)，Ho＝94.1mm。

不难看出，方案(1)模具较为简单，但碟形弹簧承载较大，尺寸大，工作空间紧张。方案(2)模具较为复杂，而弹簧负载小，尺寸减小很多，性能较稳定。如果零件批量较大，方案(2)是较优的。

碟形弹簧的设计与模具尺寸选择关系密切。合理地选择分模面、凸模最大投影面积等参数将使碟形弹簧的设计最优化。

五、结束语

碟形弹簧的使用可以较为简单地实现浮动模具工艺，但在设计与使用中要注意以下几点：

(1)碟形弹簧承载能力较刚性结构与液压结构为小，故适用于小截面制件的制造。

(2)碟形弹簧在动载作用下，易产生塑性变形，性能稳定性较刚性结构与液压结构差，故适用于小批量制件或精度要求不高制件的制造。

(3)碟形弹簧的设计应与货运代理凸、凹模设计紧密联系。在尽可能的情况下，增加坯料变形力(增大模具刚性结构投影面积)，减小模具浮动部分的面积，从而减小碟形弹簧承载。这对减小碟形弹簧尺寸有较明显效果。

(4)因压力机闭合高度有限，应根据工作台面尺寸选取大且高度小的碟形弹簧组合。

(5)碟形弹簧的承载实现与行程实现应一致，理论上最大变形时的承载能力与实际许可变形时的承载能力，两者是不一致的。

(6)强度校核时，应用实际最大变形量fmax，而不是预压变形量；

(7)获得碟形弹簧参数后，还应与实测(或计算机模拟)所得张模力曲线相比较，以期在变形的各个阶段都能实现封闭。

参考文献

［1］皇甫骅.先进制造技术和精密成形技术.第5回中日精密锻造シンポジウム论文集，西安，1996：1～4

［2］Tomiyama lly enclosed die forge of a cross.第三回中日冷间锻造学术座谈会论文集，北京，1990：91～94

［3］张英会.弹簧.北京：机械工业出版社，1982.

［4］夏巨谌.闭式模锻.北京：机械工业出版社，1993.

［5］贾德伟.单、双向通用浮动闭式精锻模具.锻压技术，1991，16(1)：43～46(end)