文/施永飛·江蘇啟力鍛壓機(jī)床有限公司
多連桿肘桿式冷擠壓壓力機(jī)
文/施永飛·江蘇啟力鍛壓機(jī)床有限公司
施永飛,董事長,高級工程師,國家機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 10925《臥式冷擠壓壓力機(jī)》第一起草人。
冷擠壓工藝是目前國內(nèi)外最先進(jìn)的金屬成形工藝,具有無切削加工、高效、節(jié)能、省工、省料等特點(diǎn),歐美一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家已廣泛應(yīng)用,如在汽車制造行業(yè),一臺轎車中經(jīng)冷擠壓成形的金屬零件一般在50kg左右。冷擠壓工藝在我國起步較晚,21世紀(jì)初開始應(yīng)用在軍工、汽車制造等行業(yè),現(xiàn)已顯露出明顯的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢和顯著的經(jīng)濟(jì)效益,不過目前冷擠壓工藝在我國的發(fā)展仍落后于歐美發(fā)達(dá)國家,如我國汽車制造行業(yè)應(yīng)用的冷擠壓成形零件僅在30kg/臺左右。實(shí)踐證明,在金屬塑性成形行業(yè),誰先掌握并應(yīng)用冷擠壓技術(shù),誰就具有技術(shù)和市場的競爭力。冷擠壓技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展情況從側(cè)面反映了一個(gè)國家工業(yè)制造水平的高低。
相對于一般沖床的曲柄—連桿機(jī)構(gòu)(圖1),多連桿肘桿式冷擠壓壓力機(jī)所采用的多連桿肘桿式機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(圖2)可使冷擠壓成形的產(chǎn)品金屬組織更致密、力學(xué)性能更好。
多連桿肘桿式冷擠壓壓力機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用變形肘桿方式,通常由一個(gè)曲軸、五個(gè)連桿組成,如圖3所示。其特點(diǎn)是:⑴該機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滑塊運(yùn)動(dòng)有一個(gè)較長的擠壓行程,也稱做功行程。⑵滑塊行進(jìn)在擠壓行程中時(shí),擠壓力越來越大(俗稱增力壓力機(jī)),最大值可達(dá)公稱力的1.5倍左右,以滿足金屬坯料被擠壓成形時(shí)所需擠壓力越來越大的要求。⑶行進(jìn)速度越來越慢,有利于金屬坯料被擠壓時(shí)的塑性變形,延長模具的使用壽命。⑷滑塊行進(jìn)至下死點(diǎn)時(shí)有約0.3s的保壓時(shí)間,有利于減少擠壓成形后的塑性回彈,保證擠壓成形的相對穩(wěn)定,保持?jǐn)D壓成形產(chǎn)品精度的一致性。
圖1 一般沖床的結(jié)構(gòu)示意圖
多連桿肘桿式冷擠壓壓力機(jī)的上述特點(diǎn)表明,其擠壓成形的工作過程是柔和的、平穩(wěn)的、自然過渡的,不具備上述4個(gè)特點(diǎn)的壓力機(jī)實(shí)質(zhì)上是冷沖壓壓力機(jī)。冷擠壓壓力機(jī)較之冷沖壓壓力機(jī),在連桿結(jié)構(gòu)、工作原理以及成形過程等方面都具有根本性的改進(jìn)和優(yōu)化,因此冷擠壓成形產(chǎn)品的品質(zhì)相對于冷沖壓產(chǎn)品具有無可比擬的優(yōu)越性。
多連桿肘桿式冷擠壓壓力機(jī)在我國應(yīng)用的時(shí)間比發(fā)達(dá)國家短一些,應(yīng)用范圍尚不夠廣泛,人們對此尚缺少了解,所以常將多連桿肘桿式冷擠壓壓力機(jī)與傳統(tǒng)的冷沖壓壓力機(jī)混為一談。多連桿肘桿式冷擠壓壓力機(jī)的冷擠壓工藝優(yōu)于一般沖床的多道拉深工藝:冷擠壓工藝是一次成形來滿足金屬塑性變形的要求,產(chǎn)品金屬組織更致密,從而產(chǎn)品的韌性、抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度也更高;而一般沖床的多道拉深工藝,不僅生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)成本高,而且經(jīng)過多次反復(fù)的變形發(fā)熱和成形后的冷卻,成形的產(chǎn)品變硬變脆,致使其力學(xué)性能減弱。
圖2 多連桿肘桿式冷擠壓壓力機(jī)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖
圖3 多連桿肘桿式冷擠壓壓力機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
圖4 多連桿肘桿式冷擠壓壓力機(jī)
圖5 多連桿肘桿式冷擠壓壓力機(jī)冷擠壓成形的產(chǎn)品
由于冷擠壓成形產(chǎn)品非常多樣化,故而多連桿肘桿式冷擠壓壓力機(jī)的冷擠壓工藝對模具形狀、幾何角度等的設(shè)計(jì)以及模具材料的選擇、模具的加工制造工藝等都有較高的要求。下模常采用硬質(zhì)合金,如YG20、YG15、YG8等;上模一般采用高速鋼,如ASSAB 88,要求高一些的采用性能更好的材料,如CALDIE等。根據(jù)產(chǎn)品的形狀制定模鍛斜度和工作帶,并與下模座、上模座、出料機(jī)構(gòu)配合協(xié)調(diào)。
近些年來,多連桿肘桿式冷擠壓壓力機(jī)的冷擠壓工藝在我國的現(xiàn)代制造業(yè)中得到了快速的推廣和廣泛的應(yīng)用,如軍工行業(yè)中的37mm炮彈、57mm炮彈、鋁制榴彈、12.7mm高機(jī)彈等,鋰動(dòng)力汽車制造業(yè)中的動(dòng)力電池鋁殼(圓形、方形、長方形、橢圓形均可)和鋁罐(管)類汽車零件等,均已采用該工藝生產(chǎn),較之以前一般沖床的多道拉深工藝,該工藝在生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量等方面都跨上了新臺階。我公司生產(chǎn)的多連桿肘桿式冷擠壓壓力機(jī)和該設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品如圖4、5所示。
綜觀目前國內(nèi)外多連桿肘桿式冷擠壓壓力機(jī)的冷擠壓工藝的應(yīng)用和發(fā)展情況可以看出,應(yīng)用多連桿肘桿式冷擠壓壓力機(jī)的冷擠壓工藝替代傳統(tǒng)的一般沖床的多道拉深工藝,將使國內(nèi)歷來的傳統(tǒng)成形方法得以徹底改變,對我國金屬成形行業(yè)將產(chǎn)生重大且深遠(yuǎn)的影響,具有里程碑式的意義。同時(shí),隨著該工藝應(yīng)用范圍的不斷加大,對于多連桿肘桿式冷擠壓壓力機(jī)制造企業(yè)來說這也將是一次難得的、極其重要的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。