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1、 半弦管熱壓模具設計論文 1半弦管熱壓模具的制造及熱壓工藝要求 半弦管是細長結構，在熱壓過程中既要保證截面形狀準確，又要保證長度方向的直線度要求．因此在模具設計過程中，首先要精確考慮材料收縮率，得到正確的截面形狀，其次要采用適當?shù)捻敵鼋Y構，減少工件在長度方向的彎曲、扭曲等變形按照正常的工作循環(huán)，工件始鍛溫度為900℃，終鍛溫度為750℃．因此一方面要求模具能夠承受高溫，具有良好的高溫硬度、強度和精度．另一方面，要求模具結構能夠保證實現(xiàn)正常的工作循環(huán)，杜絕因過程中斷或延時造成工件溫度過低引起質量事故．受壓力機的結構限制，工件不能采用傳統(tǒng)的側面上下料方式．如果從壓力機端面上下料，則由

2、于工件細長，難度很大．如果上料時間太長，工件冷卻，不能保證熱壓溫度，會給壓力機和模具造成損害，也不能保證工件的成型精度． 2半弦管熱壓模具設計 2.1模具的總體結構和熱壓工作循環(huán) 模具由下模(陰模)和上模(陽模)組成，模具陰、陽模均采用熱作模具鋼5CrNiMo，有上下料、定位、頂出等幾大功能系統(tǒng)．為了滿足前述模具制造和熱壓工藝的要求，模具在總體上采用了模塊化結構:沿長度方向將模具分成數(shù)段，分段加工，在工作現(xiàn)場組裝．這樣就解決了因毛坯尺寸太大鍛造困難以及數(shù)控加工和運輸困難等問題．在壓力機外專門建有用導軌和壓力機連為一體的坑道，里面設置頂出油缸．模具上帶有輪子和驅動裝

3、置，能夠沿導軌自動進出壓力機并且自動定位，這樣可以實現(xiàn)在壓力機外上料和頂出工件．模具在到達鍛壓位置時，需要降落，底部和壓力機臺面接觸，同時輪子懸空，而在壓制完成后，需要將模具升起，使得模具底面抬離壓力機工作臺，同時輪子和導軌平齊．這些功能通過在導軌上設置液壓控制的活塊實現(xiàn)．模具工作循環(huán)如下． (1)上料:下模在壓力機外固定位置，坑道內(nèi)的油缸將頂件器升起，上料叉車將加熱好的鋼板放在升起的頂件器上． (2)鋼板定位:頂件器緩慢落下，鋼板在定位塊內(nèi)側斜面的導向下，落入定位塊所限定的位置，實現(xiàn)鋼板對中定位． (3)下模進入壓力機:驅動裝置帶動下模進入壓力機，到達工作位置后

4、，壓力機工作臺導軌上設置的活塊在薄型油缸的控制下降落，使下模落在工作臺墊板上．同時，墊板上的V形定位凸臺與模具底部的定位槽配合，實現(xiàn)模具對中定位． (4)熱壓:壓力機合模，經(jīng)過加壓、保壓，完成壓制成型． (5)開模:上模升起，工件留在下模型腔內(nèi)． (6)頂出取件:軌道上的活塊升起與軌道平齊，托起下模，驅動裝置帶動下模到壓力機外固定位置，頂件器升起，將成型后的半弦管從下模型腔內(nèi)頂出，叉車完成取件，同時準備下一塊鋼板上料，至此完成一個工作循環(huán)． 2.2面向模具制造的設計方案及實現(xiàn) 2.2.1分段結構 根據(jù)工件的長度，模具總長度確定為8m．

5、通過有限元分析計算，結合壓力機的結構尺寸，模具在合模狀態(tài)下的截面確定為1.0m0.9m．模具總重量約56t，其中下模約44t．模具沿長度方向分成4段，每段2m．每段模具的結構基本相同，減輕了設計的工作量．同時，加工也由單件變?yōu)椤俺山M”，工藝得以簡化，提高了加工效率和質量． 2.2．2端面鍵與耳板結構 各段模具之間采用端面鍵進行定位，保證工件在長度方向的直線度要求，實現(xiàn)快速、準確的定位安裝．為了使各段模具頂起和落下時同步動作，同時保證模具的整體強度，各段模具的兩端設計有L型連接板，通過螺栓進行連接． 2.2.3整體裝配 各段模具裝配成整體如圖6所示．通過上

6、述分段結構及定位和連接方式，可以保證模具整體具有足夠的精度和連接強度． 2.3面向熱壓工藝的設計方案及實現(xiàn) 2.3.1型腔及模具截面形狀 半弦管截面尺寸，取工件材料收縮率α=0．55%，計算得模具型腔截面理論尺寸為Ｒm=Ｒα=222.210.0055=223.43mm．實際尺寸需要加2mm左右的間隙，型腔截面實際尺寸確定為Ｒm=225.4mm．以型腔尺寸為依據(jù)設計模具截面形狀如圖7所示． 2.3.2毛坯的對中定位 根據(jù)工件截面圖計算，毛坯鋼板的寬度為L=568.15mm．加上適當?shù)挠嗔?，毛坯寬度定?80mm．經(jīng)計算，鋼板加熱后，寬度大約為60

7、0mm．在凹模頂面，設置適當數(shù)量對稱布置的定位塊．定位塊厚80mm，內(nèi)側有一段斜面起導向作用，兩側定位塊之間的距離為600mm．定位塊同時兼做限位器。 2.3.3模具的牽引運動 下模通過牽引機構帶動，可將模具開出壓力機，實現(xiàn)在機外上料和頂出工件．輪子可以沿著其下方嵌在底板上的導軌滾動．模具在壓力機中的?？课恢锰?，每個輪子下的一小段導軌做成活塊，可以上下移動．模具需要移動時，通過下方薄型千斤頂頂起使模具抬起5mm，活塊與導軌平齊，以保證模具順利移出．模具在上料后，運行到工作位置時，千斤頂落下，活塊隨之落下，模具也落下定位，這時模具下模底面和底板面接觸，輪子處在懸空狀態(tài)，保證上

8、下合模時不會使輪子受力而損壞． 2.3.4模具的升降和定位 為了實現(xiàn)在壓力機外上料和頂出，需要下模在成型時落在壓力機底座，并能夠定位．在頂出及上料時，又能夠抬離工作臺，并通過導軌和輪子，由牽引機構驅動，運行到工作臺外．模具的舉升和降落，由設置在工作臺導軌上的16個活塊來實現(xiàn)，活塊由超薄型油缸驅動。 2.3.5工件頂出機構 對于長度達8m的半弦管，為了能穩(wěn)定地將工件頂出，頂出桿設計成如圖11所示的U形結構．U形頂部適當?shù)爻龉ぜ庵睆揭欢尉嚯x，兩端頂面形成小平面．頂桿沿軸向均勻地設置4根，在頂出時同時升起，包絡工件外形，穩(wěn)定地將工件頂離下模型腔．在上料的時

9、候，頂桿上升到一定高度，由頂桿頂端的小平面承接加熱的鋼板，然后緩慢地落下，由下模上的導向定位塊將鋼板導入定位槽中，實現(xiàn)毛坯的對中定位． 2.3.6壓力機外上下料機構 前文述及，受籠式壓力機結構限制，從一端送料和出件非常困難，而且由于開模高度的限制，在壓力機內(nèi)頂出也難以實現(xiàn)．為了解決這些難題，采用在壓力機外部上料和頂出，在縮短了上料時間的同時保證了工件的壓制溫度，避免由于溫度過低造成回彈，影響最終成型尺寸，損傷模具和壓力機． 3結論 海洋石油鉆井平臺樁腿半弦管，是生產(chǎn)鉆井平臺支撐樁腿的重要大型構件．長期以來，受制于國外的技術壟斷，以及模具加工技術、熱壓設備

10、和工藝的限制，我國一直不能實現(xiàn)完全獨立自主的生產(chǎn)，而不得不依賴于進口．在關鍵的熱壓模具方面，如果按照目前傳統(tǒng)的模具設計制造方法，無論從制造、運輸?shù)桨惭b調試以及精度都無法滿足使用要求，這就要求我們必須在模具的設計方法層面取得突破．本研究根據(jù)我國企業(yè)的實際情況，充分利用企業(yè)現(xiàn)有的壓力機及相關設備，在不增加額外投資的基礎上，采用基于面向制造過程及熱壓工藝的設計方法，在模具的設計過程中，針對大型模具制造過程中的條件約束，以及半弦管熱壓工藝的技術要求進行總體設計，實現(xiàn)了模具制造并行工程的思想，降低了成本，提高了效率，保證了大型模具制造的成功率，這對于其他大型模具的設計制造也有重要的意義．在具體的設計過程中，采用模塊化結構，將模具分塊制造，在生產(chǎn)現(xiàn)場拼裝，解決了材料鑄鍛、機械加工以及運輸和安裝不便的難題．另外，采用可移動式下模，實現(xiàn)了在壓力機外上料和取件，徹底克服了籠式壓力機的結構缺陷，提高了生產(chǎn)效率．該設計方案在相關企業(yè)得到實際應用，取得了非常滿意的效果． 4