氧气喷头的热挤压成形工艺
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  • 发表时间:2019-09-21 02:06
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  氧气喷头是炼钢设备中的重要零件,如图12-11所示,材料为T2紫铜。该零件在高温下的工作稳定性直接影响炼钢质量。传统方法采用Φ15 mm×320 mm的棒料切削加工而成。由于中空部分较大,材料利用率不到35%。由于该材料黏性较大,车削和镗削进给量较小,切削速度低。若采用铸造方法制造空心管坯,由于尺寸较大,内部质量难以保

  氧气喷头是炼钢设备中的重要零件,如图12-11所示,材料为T2紫铜。该零件在高温下的工作稳定性直接影响炼钢质量。传统方法采用Φ15 mm×320 mm的棒料切削加工而成。由于中空部分较大,材料利用率不到35%。由于该材料黏性较大,车削和镗削进给量较小,切削速度低。若采用铸造方法制造空心管坯,由于尺寸较大,内部质量难以保证,常存在气孔和夹杂等缺陷,废品率较高。

  T2紫铜具有良好的塑性,可采用挤压成形。通过挤压成形,提高其综合力学性能。由于零件尺寸较大,考虑采用热挤压成形工艺,若一次成形,根据热挤压力计算公式,T2紫铜在800℃时的变形抗力为36.15 MPa,总挤压力JP达到8475 kN,所需设备吨位较大,故考虑两次挤压成形,具体工艺方案为:

  锯切下料→加热(800℃左右)→热挤压预成形→二次加热(800℃左右)→热反向挤压最终成形。

  坯料计算:根据氧气喷头零件图要求,坯料尺寸的选择应考虑挤压后氧化皮、加工余量及挤压本身特点的影响。筒壁单边留2 mm加工余量,高度方向留5 mm余量,底部留6 mm余量。经适当简化后,算得坯料体积为3.97×106mm3,用直径210 mm的铜棒下料,根据体积不变原则,棒料高度为114.5 mm,生产中取h=120 mm。

  载荷计算:用公式求出单位热挤压力,乘以凸模接触面积得到总的热挤压力。凸模头部带有一定锥度,可有效降低挤压力。预成形反挤压凸模直径取D1=125 mm,终成形凸模直径D2=179 mm。2次成形的载荷分别为:P1=2949.7 kN;P2= 2745.5 kN。这样在3150 kN设备上就能完成零件成形。各工序坯料的尺寸如图12-12所示。

  模具设计:采用2次挤压成形,并共用凹模以降低模具制造成本。模具设计时,按第2道工序毛坯尺寸及工作要求设计,2道工序可共用模架和凹模,工序1与工序2序只需更换凸模,方便实用。凹模采用双层预紧结构,如图12-13所示。由于挤压件尺寸较长,在模具结构设计时应考虑第2道工序后的成形件脱模问题。要保证顺利脱模,应使上模高度+成形件高度+下模高度设备最大开口高度,因此,凹模高度受到一定限制。第2道工序模具设计将凸模设计成中空式,与型心配合使用。考虑到第2道工序完成后,由于少量金属向凸模与型心之间的间隙流动,使型心留在凸模中,设计成组合式凸模,两部分用螺纹连接,便于取出型心。模具具体结构如图12-13所示。

  模具选材:凹模和预成形凸模选用5CrNiMo钢;由于终挤成形凸模为空心结构,截面积小,单位挤压力大,且长时间工作在高温状态下,易变形破坏,因此,采用热强度高的3Cr2W8V钢;型芯不参与对毛坯的挤压,采用热作模具钢制造即可;其余零件可选用45钢。由于毛坯留有加工余量,因此不需要设计导柱导套,安装模具时进行良好的对模即可。另外,挤压件高度较大,压力机开口高度有限,不便使用卸料装置,所以在挤压过程中模具要进行良好的润滑,否则工件容易卡在凸模上。