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碟簧变形的热处理校正工艺的验证
添加:2015-11-11 10:39:30    游览:1634    来源:www.aosailuo.cn

   [摘要] 碟簧的尺寸精度决定了拖拉机离合的灵敏度。通过工艺试验,确定定形回火模具结构,保证尺寸精度。

  [关键词] 碟簧;定形回火模具结构设计;尺寸精度

  1 碟簧的结构

  某公司生产的拖拉机离合器中碟簧的结构如图1所示。

图1 碟簧零件示意图

  生产工艺路线:采用厚度为4mm的60Si2Mn钢板冲压成形→热处理→氧化发兰→装配总成。技术要求在热处理后保证高度尺寸在9.00±0.15mm,A,B两平面平面度≤0.2mm,这样就能保证拖拉机离合器离合的灵敏度。A,B两个平面平行度超差也影响到尺寸精度和损伤主副摩擦片面,降低离合器使用寿命;如果尺寸9.00±0.15mm超差过大,会造成离合行程太小、操纵力太大,尺寸偏小造成离合行程偏大、离合不清,两种情况都会造成摩擦片提前磨损,损坏发动机或变速箱,严重时会造成事故,存安全隐患。

  由于碟簧在冲压成形时无法达到尺寸精度,热处理淬火时有应力会产生变形,必须采取校正的纠正措施,保证最终达到尺寸技术要求[1]。根据该公司处理设备技术水平,设计了以下的热处理工艺路线[2]。

  热处理工艺路线为:盐浴淬火→回火→校正→氧化发兰。

  由于60Si2Mn在热处理淬火时产生淬火应力,要达到技术要求,必须在420℃左右回火才能消除应力[3]。针对该钢材的热处理特点并结合校正工艺要求,我们选择一种回火校正工艺:通过模具装配外加压力让碟簧产生变形,通过外界力的作用,使其发生形变来抵消冲压加工、淬火变形量,达到尺寸精度,通过回火消除应力,达到保证尺寸精度的目的,称模压回火[4]。

  2 模压回火模具

  我们设计了如下结构的模压回火的模具,分为下模(图2)和上模(图3)。

图2 下模

图3 上模

  2.1 模压回火操作工艺要求

  碟簧回火前清洗干净后,20片装在下模上,装配好上模,通过螺杆、螺母、100t油压机先预压紧后入炉回火,在升温到200℃再出炉压紧,420℃回火后冷却。

  2.2 模压回火原理

  碟簧安装在成型模具上,100t油压机产生的压力通过上下模型,使螺杆紧固产生的相同的压力使其形状按模面形状发生弹性变形,通过回火使淬火组织发生转变,应力释放,硬度下降,产生部分塑性变形,使碟簧按模具形状成型。碟簧受力情况如图4。

图4 碟簧受力分析图

  根据受力分析,F1,F2两力作用使碟簧尺寸精度达到技术要求。如果F1,F2两力力值达不到使其发生弹性变形及塑性变形要求,就不能保证尺寸精度。同时由于在压紧过程中碟簧之间相对移动,如果每片接触面之间摩擦阻力小,相对移动容易,就会使工件压紧更容易。

  2.3 问题的提出

  在前期的生产中其尺寸精度一次合格率只有65%左右,氧化发兰后表面有白斑,为提高成品率采用重新热处理,但返淬次数多了会降低碟簧的整体机械性能。

  为解决这个问题,我们对进厂的零件进行抽样检查,发现工件高度尺寸9.00±0.15mm超差较大,角度为9.25°数值变化大,A,B两个面有毛刺,造成A,B两个平面度变化大。

  和冲压生产工序技术人员对冲压成型模具进行检查,发现冲压模具角度达13°左右、高度尺寸9.00±0.15mm超差,通过修正冲压模具角度9°,保证工件的尺寸和角度精度;工件去除毛刺,保证A,B面平面度要求。

  对在用的回火模相关尺寸进行检查和已回火的碟簧质量检查,结果如下。

  (1) 碟簧高度尺寸变化规律如下:靠近上下模面的各5片高度尺寸精度相对与模具接近,中间部分的尺寸偏大较大,不符合技术要求比较较高,但其他尺寸符合技术要求。

  (2) 工件碟簧表面清洁度差。

  (3) 对模具检查发现,角度为9.25°的数值每个不一样,都在10°~13°,模面粗糙度差。

  2.4 原因分析

  通过对生产过程操作情况跟踪,研究分析原因如下。

  (1) 上、下模具压紧时相对移动受到下模的①部分高度和上模②部分A尺寸变化结构限制,阻碍了进一步压紧、弹性变形。如果压力大可能损坏模具,在前期生产中出现过压坏上模的情况。

  (2) 定型回火模具角度原来设计为9.25°,在正常生产时,虽压紧时能保证角度9.25°,在正常生产时,虽压紧时能保证角度9.25°,但回火只是部分塑性变形,产品零件具有回弹性,加之回火模具长期使用,烧损变形使角度变大。

  2.5 改进措施

  针对以上情况,决定修改回火工装结构,加大上模②部分A尺寸大小达到Φ156(图5),使其和下模①部分圆周B尺寸形成合理的过盈配合。

图5 改进后的上模

  改进后的工装在压紧时,上模通过下模①部分外圆周定位导向配合,使上、下模的成型面积和碟簧上下面完全接触、压紧;修改角度尺寸,使其大于9.25°,达到9.5°~10°,使工件在回火工装上形成一定量的过变形量,从而抵消工件自然回弹变形量。

  在解决了冲压件质量和回火工装模具结构改进完成后,通过多批次试验检查发现,回火定型模具的角度和冲压成形模具角度偏差程度对产品的高度尺寸精度产生如下的影响。

  (1) 回火模具的角度比冲压成型模具角度达,可以使工件高度尺寸变小。

  (2) 回火模具的角度比冲压成型模具角度小,可以使工件高度尺寸变大。

  (3) 回火模具的精度对碟簧的形状精度影响起关键作用。

  (4) 冲压下料尺寸精度是影响高度的主要因素。

  通过加强工件回火前清洗质量控制,消除工件表面油污和盐分,可以促进工件压合更好,回火时不产生焦化结焦,氧化发兰时表面不产生白斑。

  3 结论

  (1) 冲压成形保证尺寸精度要求和表面质量,可以为热处理创造好的条件。

  (2) 热处理的回火定型模具结构改进,角度定位9.5°。

  (3) 定期检查回火定型模具,保证完好,满足工艺要求。

  (4) 加强生产过程控制,确保清洗质量。

  参考文献:

  [1]安云铮.热处理工艺学[M].北京:机械工业出版社,1986.

  [2]中国机械工程学会热处理学会.热处理手册[M].北京:机械工业出版社,2008.

  [3]王笑天.金属材料学[M].北京:机械工业出版社,1986.

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