长枝权喷油器体锻造工艺分析.pdf

长枝权喷油器体锻造工艺分析杨 程1，一，孙 昊3，孙 跃3，庄晓伟3，邵 杰3(1．西安交通大学机械工程学院，陕西西安710049；2．西安建筑科技大学冶金工程学院，陕西西安710055；3．江苏龙城精锻有限公司，江苏常州213164)摘要：为解决长枝权喷油器体毛坯锻造时枝权难以充满的问题，提出了一种局部镦粗一限流预锻一终锻一红切边成形工艺。采用结构分析的方法确定了原始坯料的尺寸为直径∞2 mln、长度16l mm，并采用有限元和实验方法分析了该工艺的可行性。研究结果表明，新工艺预锻时限流槽能控制坯料流动，相比于常规成形方式，可在不增加坯料尺寸的情况下，将更多的金属聚集在锻件枝权型腔处，并保证了终锻时长枝权的充填完整，成功锻造出外形实完好的产品。关键词：喷油器体；长枝权；限流槽；预锻；红切边成形DOI：10．13330／j．issn．1000-3940．2017．03．002中图分类号：TG316 文献标识码：A 文章编号：1000-3940 f2017)03-0011-04Analysis on forging technology of fuel injector bodies with long branchYang Chen91…，Sun Ha03，Sun Yue3，Zhuang Xiaowei3，Shao Jie3(1．School of Mechanical Engineering，Xi’all Jiaotong University，Xi’all 710049，China；2．School of Metallurgical Engineering，Xi’an University of Architecture and Technology，Xi’arl 710055，China；3．Jiangsu Longcheng Precision ForgingCo．，Ltd．，Changzhou 213164，China；)Abstract：In order to solve the unfilled branch in fb晒ng process of fuel injector bodies with a long branch，a technology of local bulging—preforging with controlled flow-final forging-hot trimming was put forward．Initial blank size with∞2 mm in diameter and 161 in lengthWas determined by the structure analysis method，and the feasibility of the forming technology Was tested by FEM and experiments．Theresults show that the metal flow is controlled by the flow control slot in the preforging of the new technology．Comparing with normal form·ing，more metal materials are gathered into the branch cavity without increasing the billet size，and the long branch is filled completely inthe final forging process．Thus．the well-shaped products can be forged successfully．Key words：fuel injector bodies；long branches；flow control slot；preforging；hot trimming为了应对越来越严峻的资源、环境压力，遵循节能、环保、安全、高效的原则，工艺设计过程中更加注重节约原材料、节约能源、环境保护、劳动保护等，实现锻造行业的可持续发展就成为目前企业急需解决的问题¨j。张如华等提出了一种直齿轮镦压、顶出成形，在凹模下角隅设置扩腔空间的闭式模锻新工艺，实现了直齿柱形齿轮两步精密成形旧J。庄晓伟针对短枝权的喷油器体成形，提出了一种闭塞锻造成形工艺¨1。但针对某些复杂的零件，难以采用闭塞锻造收稿151期：2016—09—13；修订日期：2016—12—15基金项目：陕西省教育厅专项(16JKl462)；陕西省耐磨材料工程技术研究中心专项(2016NMZX07)作者筒介：杨程(1976一)，男，博士，副教授E-mail：yang．cheng@stu．xjtu．edu．cn来实现锻件的节材、高效成形。4 J，文献[5]提出了一种预锻分流孔一终锻分流成形工艺来成形齿轮，在大幅降低成形载荷的基础上提高材料利用率。任广升等针对喷油器体锻件，采用楔横轧制坯一立锻成形工艺来提高材料利用率∞J。文献[7]提出了一种喷油器体的锤上模锻工艺，采用闭式不对称滚挤制坯，使预锻前坯料就偏向一侧，来提高材料利用率。本文针对异形喷油器体的成形，根据企业现有的设备情况，采用有限元法分析了镦头、预锻、终锻、切边工艺存在的问题，提出了墩头一限流预锻一终锻一红切边工艺，并用实验进行了验证。结果表明，限流预锻时采用特殊的模具结构，控制坯料在模腔中的流动，可在预锻时于枝权处聚集更多的金属，保证了终锻侧向枝权的充填，具有材料利用率高，锻件流线好、质量好，易于实现的特点。万方数据12 锻 压 技 术 第42卷1 工艺设计1．1锻件分析与工艺设计长枝权喷油器体形状结构如图1所示，中间和侧向枝权连接部位直径较小，同时枝权侧向伸出长且直径较小，模锻时易出现侧向枝权难以充满的问题，是该件的成形难点。图l 长枝权喷油器体结构(a)三维模型 (b)正视图Fig．1 Structure of fuel injector bodies with long branch(a)3D model (b)Front view为此拟定了如下的成形工艺：下料一加热一局部镦粗一预锻一终锻一切边一后处理(其中预锻、终锻和切边3个工位在一台设备上完成)。棒料采用剪切或锯切下料；经中频感应炉加热到锻造温度；将红热的坯料放置在镦粗模中对坯料中间部位进行局部镦粗，镦成如图2a所示局部镦粗件；将局部镦粗件放在预锻模中进行预锻，获得如图2b所示预锻件；将预锻件放人终锻模中进行终锻，获得如图2c所示的终锻件；经红切边获得如图2d所示的锻件；工件热处理、清洗防锈等后处理。1．2坯料尺寸计算该工艺采用开式模锻，可采用多种下料方式，成形时对设备吨位和润滑要求不高，但该工艺为了保证侧向枝权的成形，不得不在局部镦粗时聚集足够的金属，而锻件其他部位成形较简单。要提高材料利用率并保证侧向枝权的充填，防止坯料局部镦粗时失稳起皱而影响后续成形，准确确定坯料长度和直径就显得尤为重要。根据锻件侧向枝权部分的体积V=25330 mm3，加上10％飞边体积，确定出侧向枝权在局部镦粗阶段所需聚料的体积为27863 mm3。(b) (c) (d)图2长枝权喷油器体成形简图(a)局部镦粗 (b)预锻 (e)终锻 (d)红切边Fig．2 Forming schematics of fuel injector bodies with long branch(a)Local bulging (b)Preforging (C)Final forging (d)Hot trimming为将局部镦粗件稳定地放入预锻模，根据侧向枝权在锻件轴向上的高度尺寸32 mm，确定局部镦粗部位的高度为30 mm。由侧向枝权充填所需聚料的体积和高度，计算得到聚料部分的直径D为4-珥8．5 mm，取镦粗模具直径为4巧0 mm。根据侧向枝权所需聚料的体积以及镦粗时不发生失稳起皱的条件h／D。≤2．5，计算得到坯料的初始直径仇为中30．5 mm，考虑到烧损等因素并需保证其他部位的充填，取坯料直径为∞2 mm，长度为161 mm。2 工艺分析2．1有限元模型的建立为了检验上述工艺的可行性，在Deform-3D中建立有限元分析模型，工艺参数如表1所示。万方数据第3期 杨程等：长枝权喷油器体锻造工艺分析 13表1有限元分析参数Table 1 Analysis parameters of FEM参数主嚣釜嚣耄懿膨羹芸茎黧产模具网格数坯料网格数慧善。㈣1慧：匕㈣1数值 1150—1200 200～300 20 0．3 30000 40000 112．2结果分析锻件充填结果如图3所示，可见预锻和终锻时，除了侧向枝权刚好充满，其他部位已经充填完整，Stop-81 Stop 230KP,形成较大的飞边，当润滑、锻件温度或者模具温等工艺条件改变时，难以保证侧向枝权充填完整，影响锻件的稳定生产。Step 327 ，—．一、厂 、，。双． ．卜一．．、 l厂(b) (c)图3坯料变形分析(a)局部镦粗件 (b)预锻件 (c)终锻件Fig．3 Deformation analysis of billet(a)Local bulging part (b)Preforging part (C)Final forging part为解决侧向枝权充填的问题，需要在局部镦粗的部位聚集更多的金属来满足充填的需求。而第1个工序局部镦粗时，为了节省材料，已经达到了极限镦粗比，采用增加坯料长度的方法聚料将会导致镦粗时失稳，影响后续成形，故只能采用增大下料直径的办法来解决侧向枝权的充填，因其他部位已经形成了很大的飞边，这种解决办法将会导致原材料浪费严重。3 限流预锻成形在金属自由流动的情况下，预锻时在侧向枝权型槽的对面和两侧都产生了很大的飞边，如图3b所示。金属过多的向这些区域流动，必将导致侧向枝权型腔缺料。由此设想，控制金属流人飞边的量，使其更多地流向侧向枝权型腔，则可在不增加甚至减少原材料的情况下实现侧向枝权的成形。为了控制坯料流动，结合文献[8]和文献[9]提出的结构阻尼方法，本文在不增加原材料的情况下提出了限流预锻工艺，即在预锻时，限制金属向其他方向的流动来保证侧向枝权的充填，在预锻上模和下模型槽的飞边桥部，尤其是飞边较大的部位设置双阻流槽，如图4所示。流槽幽4坝嫩上侯Fig．4 Top die of preforging3．1有限元分析限流工艺有限元分析结果如图5所示。从图5中可见：预锻件在侧向枝权的背面和两侧的飞边相比于无限流的成形大幅减少，预锻成形的侧向枝权长度明显大于无限流的方式；终锻时，侧向枝权完一、睛．．●，●''，-、，●●I万方数据锻 压 技 术 第42卷全充满，其他部位的飞边相比无限流方式大幅减少，可见采用限流预锻，更多的金属流向了侧向枝权的型腔，终锻时获得了充填完好的侧向枝权。8top，2·09印 f1㈥5限流I：艺分析结果(a)预锻件 (b)终锻件Fig．5 Results of technology with flow control(a)Preforging part (b)Final forging part3．2实验结果采用限流工艺获得的预锻件和锻件如图6所示，可见限流槽在预锻时能很好地限制金属在其他方向的流动，控制其更多的流向预设的侧向枝权方向，保证了终锻件的成形。4 结论(a) (b)㈥6。典驼结i求(a)预锻件 (b)锻件Fig．6 Results of experiment(a)Prefor舀ng part (b)Forging(1)预锻时采用双阻流槽能限制坯料的自由流动，促进坯料向难以充满的枝权型腔流动，保证了终锻的成形。(2)该工艺在现有工艺的基础上只稍作改动，就能达到节材、稳定生产的效果，具有简单易行的特点。参考文献：[2][3][4][5][6][7][8][9]王海洋，程正举．浅谈“绿色锻造”在锻造车间工艺设计中的应用[J]．科技风，2010，(21)：130．Wang H Y，Cheng Z J．Application of green forging in the forgingworkshop technology design[J]．Technology Trend，2010，(21)：130．张如华，龙启博，王磊，等．采用下角隅扩腔凹模成形直／斜齿柱形齿轮[J]．锻压技术，2016，41(9)：23—27．Zhang R H，Long Q B，Wang L，et a1．Spur／helical gear preci—sion forming by expanding die cavity at bottom comer[J]．Forging＆Stamping Technology，2016，41(9)：23—27．庄晓伟．高压共轨系统喷油嘴毛坯闭塞成形工艺：中国，CN201310073076．2『P1．2013—03—07．Zhuang X W．Closed die forging of fuel injector bodies：China，CN201310073076．2[P]．2013—03—07．王仲仁，张琦．省力与近均匀成形一原理与应用[M]．北京：高等教育出版社，2010．Wang Z R，Zhang Q．Less—loading and 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