電成形過程中的缺陷分析

電成形過程中的缺陷分析

1電成形工藝不合理造成的樣品d.威尼斯是發(fā)動機(jī)的主要生產(chǎn)手段。電鐓過程涉及的工藝參數(shù)較多,某一參數(shù)不穩(wěn)定或相關(guān)工藝參數(shù)配合不好,都將造成電鐓生產(chǎn)中的質(zhì)量缺陷,使成品率下降。據(jù)懷集汽車配件公司的質(zhì)量統(tǒng)計(jì),該廠氣門生產(chǎn)的廢品中,由于電鐓工藝不合理造成的廢品占總廢品的60%以上。因此,分析電鐓成形過程中廢品產(chǎn)生的原因,對于改進(jìn)和完善電鐓工藝、提高電鐓產(chǎn)品質(zhì)量,將具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文根據(jù)懷集汽車配件公司電鐓生產(chǎn)的實(shí)際情況,詳細(xì)分析了引起產(chǎn)品質(zhì)量缺陷的各種工藝因素,并提出相應(yīng)的解決策略。2缺陷產(chǎn)生原因設(shè)電鐓成形后氣門毛坯的理想形狀如圖1所示。常見的幾種主要質(zhì)量缺陷為晶粒粗大、過熱與過燒、裂紋、歪斜、頭部形狀不均勻、頭部折疊等,各缺陷產(chǎn)生的原因隨工藝條件的差異而各不相同。2.1成形條件的影響取樣分析發(fā)現(xiàn),晶粒粗大主要出現(xiàn)在工件頭部與桿部交接的圓角R位置,即圖1所示的A部位。其主要原因?yàn)?此部位較桿部其它位置通電加熱的時間長,較頭部的橫截面積小,單位面積的電流密度大;另外,在成形的最后階段,塑性變形主要發(fā)生在該位置,變形產(chǎn)生的熱量多。因此,容易造成此處的溫度高,使得工件內(nèi)部的晶粒粗大,造成產(chǎn)品不合格。2.2加熱電流的影響過熱與過燒在工件頭部的各處都可能產(chǎn)生,出現(xiàn)的位置不同,其原因也各異。如果預(yù)熱時砧子后退與砧頭前進(jìn)的速度太慢、或是預(yù)熱的初始距離過大,會使預(yù)熱的時間長,同時若加熱電流太大,會造成圖1所示工件的C、D兩處溫度過高,將在該兩處產(chǎn)生過熱與過燒的現(xiàn)象。而在A、B兩處產(chǎn)生的過熱與過燒現(xiàn)象則是由于成形時砧頭推進(jìn)的速度太慢,造成加熱時間長,或加熱的電流過大,使兩處溫度過高所致。2.3生成軸向裂紋的情況電鐓時裂紋的出現(xiàn)一般有三種情況:第一種情況是過燒引起的裂紋,其生成原因與2.2所述情況相同,裂紋呈不規(guī)則形狀,如圖2a。第二種情況是成形時材料過熱、變形量大,在附加拉應(yīng)力的作用下產(chǎn)生軸向裂紋,其位置處于圖1所示的B處附近,如圖2b;另外當(dāng)材料過熱時,材料的塑性較差,如砧頭的速度較高,在變形壓力的作用下產(chǎn)生與軸向呈一定角度的裂紋,位置一般處于圖1A處與B處之間,如圖2c。第三種情況是材料溫度過低,砧頭的速度和成形的壓力大,使材料破壞產(chǎn)生裂紋,裂紋常與軸向呈45°角,位于圖1A或C處,如圖2d。2.4部分表面彎曲頭部歪斜形狀如圖3a所示。造成這種缺陷的原因主要有兩個:一是工件的端面不平,使成形部分毛坯彎曲;另一個是夾頭在未成形桿部摩擦的作用下產(chǎn)生不均勻的毛刺,在毛刺多的一側(cè)材料中電流密度過大,使這一側(cè)材料的加熱溫度高,另一側(cè)則較低,造成變形不均,材料過多地流向溫度高的一側(cè),引起歪斜,甚至在變形量大的一側(cè)由于溫度過高而產(chǎn)生過熱與過燒現(xiàn)象。2.5軸對稱波浪形的成因頭部形狀不均勻是指成形部位外表呈現(xiàn)不規(guī)則的波浪形狀,如圖3b所示?？煞譃閮煞N形式:一是基本上軸對稱,這種情況主要出現(xiàn)在生產(chǎn)的初始階段,由于砧子溫度低,先成形材料預(yù)熱的溫度也低,該部分的材料較難變形,隨著砧頭的推進(jìn),如果后變形的金屬溫度高而易變形,將使表面出現(xiàn)不平滑過渡,形成軸對稱的波浪形;另一種情況為非軸對稱,這種情況主要與夾頭帶有不均衡毛刺有關(guān),不嚴(yán)重時會使工件頭部表面形成不規(guī)則的波浪形狀,嚴(yán)重時則使頭部產(chǎn)生歪斜。2.6正截面波浪形貌頭部折疊如圖3c所示。這也是一種較嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷。主要存在二種形式:一種是頭部不均勻的波浪形狀過于嚴(yán)重在繼續(xù)變形過程而產(chǎn)生折疊,該缺陷可出現(xiàn)在圖1B、C、D等部位;另一種則是成形部分預(yù)熱溫度太低,砧頭的壓力和速度較大,使夾頭與砧子間的材料都產(chǎn)生變形,造成失穩(wěn),最終形成折疊。3成料品質(zhì)的影響由上述分析可知,在氣門毛坯生產(chǎn)的電鐓成形中,影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要原因有:①氣門原材料的品質(zhì),包括成分、性能、表面狀態(tài)等;②砧座與夾頭電極表面的形狀與狀態(tài);③電鐓成形過程的工藝參數(shù)。其中①和②為靜態(tài)參數(shù),在成形過程中不便改動;而③則是一個動態(tài)參數(shù),在生產(chǎn)中可進(jìn)行實(shí)時控制,使有關(guān)參數(shù)處于最優(yōu)組合,從而達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。3.1確定正交試驗(yàn)條件為了防止電鐓成形過程中出現(xiàn)上述缺陷,需要對相關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行控制和優(yōu)化。其控制參數(shù)可通過電鐓機(jī)的工作過程來確定。圖4所示是典型的電鐓機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。其實(shí)際工作過程為:工作初始,砧子5靠近夾頭4;工件放入夾頭4中間夾緊后,工作缸1推動砧頭2前進(jìn)直到與砧子在軸向壓緊工件;此時,夾頭4與砧子5間通上電流使其中間的一段工件短路加熱,同時工作缸1推動砧頭2以v1的速度前進(jìn),而砧子以同樣的速度后退初始距離S,這段距離也就確定工件的預(yù)熱時間;然后砧子停止運(yùn)動,砧頭繼續(xù)以壓力P前進(jìn)使夾頭4與砧子5間的工件進(jìn)行局部成形;工件成形后,電流斷開,電鐓機(jī)復(fù)位。從電鐓工作過程可看到,要想獲得較好的電鐓成形質(zhì)量,在保證坯料材質(zhì)和幾何尺寸精度外,必須合理控制的主要工藝參數(shù)有工作缸1和砧子缸6的速度v1和v2、成形初始距離S、砧頭壓力P和工件成形部位的溫度T。3.2電成形控制框圖利用計(jì)算機(jī)和控制技術(shù),在整個電鐓成形過程,對工藝參數(shù)進(jìn)行檢測,采用閉環(huán)控制,適時調(diào)整各工藝參數(shù),使其在合理的范圍中,這樣可減少電鐓成形缺陷,提高產(chǎn)品質(zhì)量?？刂瓶驁D如圖5所示,控制系統(tǒng)具備以下的功能:(1)系統(tǒng)按設(shè)定的有關(guān)工件材料、尺寸和已有的工藝參數(shù)進(jìn)行示教再現(xiàn)的功能。充分利用現(xiàn)有的資料和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為各種工藝參數(shù)的參照值,以期盡快得到新產(chǎn)品電鐓成形時的最優(yōu)工藝參數(shù)。(2)系統(tǒng)可對電鐓過程的溫度、壓力、速度等工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時檢測與自動調(diào)整的功能。4電成形工藝參數(shù)的優(yōu)化控制電鐓成形過程中的質(zhì)量缺陷主要是:頭部折疊、裂紋、過熱、過燒等。造成這些缺陷的原因是成形過程中工作缸速度v1、砧子缸速度v2、成形初始距離S、砧頭壓力P、成形部位材料的溫度等工藝參數(shù)取值的不穩(wěn)定所造成。因此,需要對相關(guān)的工藝參數(shù)進(jìn)行有效的控制,只有利用自動控制系統(tǒng),對電鐓成形過程的各種工藝參數(shù)進(jìn)行