鈦電極毛坯墩頭模設(shè)計(jì)

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序言隨著高頻爐和真空爐行業(yè)的發(fā)展，高頻爐和真空爐里用的零件鈦電極原先是用機(jī)械加工的方式生產(chǎn)，不僅生產(chǎn)成本高，而且生產(chǎn)效率也比較低。為了降低鈦電極的生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，國內(nèi)一家高頻爐和真空爐的配套企業(yè)與公司共同簽訂了鈦電極毛坯鐓頭模的設(shè)計(jì)和加工合同，該零件采用的材料為鈦。2

產(chǎn)品介紹鈦電極可用于高頻爐和真空爐上，另外還可用于酸性液體的測量儀上。鈦電極產(chǎn)品如圖1所示，有以下要求：①冷鐓后的頭部尺寸達(dá)到圖樣要求。②冷鐓后頭部不能有劃傷、壓痕，頭部圓弧面表面粗糙度值Ra達(dá)0.32μm。③未注尺寸公差按孔H14、軸h14、長度JS14加工。鈦電極的材料是鈦合金，用普通設(shè)備很難澆鑄成形，且使用普通工具很難將其焊接起來。鈦合金的切削加工性能較差，主要原因是其導(dǎo)熱性差，致使切削溫度很高，降低了刀具的耐用度。圖1

鈦電極產(chǎn)品3

加工方式比較鈦電極原來采用數(shù)控車床加工，需要經(jīng)過5步加工工藝：下棒料→粗車→半精車→精車→車螺紋。加工時間長，對操作人員的操作能力要求較高，生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)效率低。鈦電極現(xiàn)在采用沖壓的方式進(jìn)行生產(chǎn)。首先根據(jù)鈦電極的外形設(shè)計(jì)和制作一套鐓頭模，在沖床上先將鈦電極的外形尺寸全部鐓出，然后再將螺紋車出，將原來的5步工序縮減到了2步工序，不僅降低了加工成本，而且提高了生產(chǎn)效率。4

生產(chǎn)設(shè)備選用根據(jù)零件的形狀要求和工廠現(xiàn)有的設(shè)備，選擇25t沖床，型號為JN23-25A，滑塊行程80mm，上滑塊尺寸為170mm×210mm，下臺面尺寸為330mm×500mm。根據(jù)現(xiàn)有沖床臺面，模具閉合高度應(yīng)控制在250mm以內(nèi)。5

模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鈦電極毛坯鐓頭模在開發(fā)初期遇到一些困難，冷鐓后的鈦電極形狀沒有達(dá)到圖樣的尺寸要求，通過對試模零件的分析和驗(yàn)證，最后發(fā)現(xiàn)是在模具設(shè)計(jì)階段沒有將凸模中部的圓弧R按照圖樣上該產(chǎn)品的頭部尺寸設(shè)計(jì)。將凸模中部的圓弧R修成圖樣上該產(chǎn)品的頭部尺寸，通過電脈沖電打成形，通過試模，冷鐓后的產(chǎn)品頭部形狀符合圖樣要求。在整套模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，存在的難點(diǎn)以及采取的解決方法如下。1）在模具在凹?？椎南虏吭O(shè)計(jì)一個頂料柱，用來將冷鐓后的零件頂出，由于該電極的頭部是圓弧形狀，因此需要在凸模下部的中心設(shè)計(jì)一個向內(nèi)的圓弧面，并且這個圓弧面的尺寸應(yīng)和圖樣上電極頭部的圓弧面相吻合，這樣才能通過冷鐓使電極頭部的圓弧面符合要求。2）在這套模具中，如何順利地將鈦電極從凹模型腔內(nèi)取出，成為設(shè)計(jì)的一個難點(diǎn)。通過對這套模具的分析，設(shè)計(jì)了一個拉板，對拉板進(jìn)行受力計(jì)算，向外拉拉板這一較小的力將會對拉板上的頂料柱產(chǎn)生一個較大的頂力，從而克服鈦電極冷鐓后卡在凹模型腔的擠壓力，使冷鐓后的鈦電極順利地從凹模型腔內(nèi)頂出。取出零件后，操作人員只需將拉板推向里面，拉板上面的頂料柱就會隨著拉板上表面的斜面滑向最低端，然后就可放入下一個坯料進(jìn)行冷鐓。3）由于在冷鐓的過程中會產(chǎn)生一個較大的冷鐓力，為了避免凹模和凸模出現(xiàn)破裂，需要在凹模和凸模外面增加預(yù)應(yīng)力圈，依靠預(yù)應(yīng)力圏的包緊力來增加凸模和凹模的強(qiáng)度。最后，采用熱鑲的形式將凸模和凹模分別鑲?cè)胪鼓９潭ò搴桶寄９潭ò鍍?nèi)，通過固定板的包緊力來增加鑲件的強(qiáng)度。將熱鑲的過盈量全部定為0.05mm，凹模和凸模的上表面和公差孔全部在熱鑲后進(jìn)行精加工，這樣可以保證內(nèi)孔與外圓的同軸度。全部鑲件的材料均選用YG15，凹模固定板和凸模固定板材料選用45鋼，該模具不選用上模座，而是在模柄上設(shè)計(jì)一個沉孔，通過頂絲將凸模固定板頂在模柄沉孔內(nèi)，從而節(jié)省了制作上模座和上墊板的費(fèi)用，而且使該模具便于維修，拆卸方便。6

關(guān)鍵點(diǎn)解析為了方便取零件，最初這套鐓頭模設(shè)計(jì)成了分體式（見圖2），通過手把搬動凸輪，實(shí)現(xiàn)模具下模部分的開合。但經(jīng)過分析論證，發(fā)現(xiàn)這套模具存在缺陷，由于模具下模部分是由兩部分組成，在結(jié)合處必然存在縫隙，鈦電極冷鐓時，頭部材料在流動的過程中，由于有縫隙的存在，極有可能使電極頭部在有縫隙的地方形成分型面，從而無法滿足圖樣要求。因此，將鈦電極冷鐓模設(shè)計(jì)成整體式（見圖3），通過這一設(shè)計(jì)，保證了冷鐓后產(chǎn)品各項(xiàng)尺寸的正確，同時也減少了模具的制作費(fèi)用，延長了模具的使用壽命。圖2

分體式模具結(jié)構(gòu)1—凸輪

2—手把

3—下模座

4—下墊板

5—凹模固定板

6—凹模

7—凹模鑲件

8—凹模蓋板

9—凸模

10—模柄圖3整體式模具結(jié)構(gòu)1—下模座

2—下墊板

3—凹模固定板

4—凹模鑲件

5—凸模鑲件

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