本文敘述了用歸工藝生產(chǎn)梅花板手所存在的問(wèn)題及用輥鍛制坯----小毛邊模鍛工藝生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)梅花板手進(jìn)行了工藝分析。
介紹了梅花板手制坯輥鍛工藝和小毛邊模鍛工藝及其模具設(shè)計(jì)。
主題詞：梅花板手 輥鍛 模鍛 模具設(shè)計(jì)
1概述
梅花板手是一種用得很廣泛的手工工具，型號(hào)多，批量大。
類(lèi)似零件還有雙頭呆板手，兩用扳手等。過(guò)去雖然已進(jìn)行了一系列改進(jìn)，使原來(lái)_依靠落后的手工鍛造生產(chǎn)方式逐步改進(jìn)組成了具有_水平的鐓頭--輥軋--模鍛流水線(xiàn)。但該流水線(xiàn)還存在工序多、材料利用率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大等不足之處。

 它既可作為模鍛前的制坯工序，亦可直接輥制鍛件。
這種輥鍛工藝不僅具有獲得_形狀及尺寸的光滑表面毛坯，還具有生產(chǎn)率高、模具壽命長(zhǎng)及材料利用率高等優(yōu)點(diǎn)。
輥鍛是使毛坯（冷態(tài)的或熱態(tài)的金屬）在裝有圓弧形模塊的一對(duì)旋轉(zhuǎn)鍛輥中通過(guò)（圖1）時(shí)，借助模具型槽使其產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需要的鍛件或鍛坯下面以16×18mm梅花扳手為例作詳細(xì)介紹。
2工藝分析
圖2為16×18mm梅花扳手零件圖，材料為45號(hào)鋼，兩頭部熱處理淬頭回火硬度為HRC38～45。
按鍛造工藝的形狀類(lèi)別，其形狀是屬于兩頭粗大、中間桿狀的長(zhǎng)軸類(lèi)鍛件，所以必需采用輥鍛成形才能達(dá)到所要示的制件形狀及尺寸。從多年生產(chǎn)實(shí)踐分析可知，毛坯軸線(xiàn)方向與打擊方向互相垂直，金屬主要沿高度及寬度方向流動(dòng)，而沿長(zhǎng)度方向流動(dòng)很小。
其特點(diǎn)：a.鍛件的長(zhǎng)度與寬度、高度的尺寸 比例大；b.鍛件沿長(zhǎng)度方向其截面積變化較大。
因此，在大批量生產(chǎn)時(shí)，必需考慮采用效率較高的制坯工步--輥鍛工藝及終成形工藝---小毛邊開(kāi)式模鍛，所以梅花扳手的塑性成形工藝主要包括：a.高速鋸切下料；b.感應(yīng)加熱；c. 輥鍛制坯；d.摩擦壓力機(jī)模鍛；e.沖床切邊；g.沖孔；h.沖十二角。
3模鍛工藝
該零件除了兩頭平面刮平與倒角外，其余均不經(jīng)切削加工，故該零件圖基本上為鍛件圖。
模鍛生產(chǎn)過(guò)程、工藝規(guī)范制訂、模具設(shè)計(jì)、鍛件檢驗(yàn)及鍛模制造等都離不開(kāi)鍛年圖，設(shè)計(jì)時(shí)一般應(yīng)考慮解決下列問(wèn)題：
3.1確定分模位置
鍛件分模位置合適與否，關(guān)系到鍛件成形、鍛件出模、材料利用率等一系列問(wèn)題。
確定分模位置_基本原則是_鍛件狀盡可能與零件形狀相同和鍛件容易從鍛模型槽中取出；此外，還應(yīng)爭(zhēng)取獲得鐓粗充填成形的良好效果。
為此，根據(jù)梅花扳手的形狀特點(diǎn)，分模線(xiàn)設(shè)在鍛件的中央，如圖2中粗線(xiàn)所示。
這樣模鍛時(shí)將產(chǎn)生水平分力，為平衡這個(gè)錯(cuò)移力，將扳手柄部型槽設(shè)計(jì)成與水平線(xiàn)成α傾斜角（圖3），以形成自然的鎖扣，α角的大小根據(jù)大小頭模具型槽的深度（圖3中之A、B）及水平分力大小而定，同時(shí)還須考慮模具的強(qiáng)度及前一工步的關(guān)系。3.4計(jì)算毛坯截面圖及直徑圖
模鍛時(shí)，先將等截面的棒料預(yù)制成不等截面的中間毛坯，使其每一截面面積等于鍛件的相應(yīng)截面積再加上相應(yīng)的小毛邊截面積，然后將此中間毛坯放入模鍛型槽中進(jìn)行模鍛，這樣，可_各截面處金屬足夠，充填良好，變形后多余金屬沿鍛件兩端頭部輪廓分模線(xiàn)上將形成較小的毛邊。
種理想的中間毛坯稱(chēng)為“計(jì)算毛坯”。
計(jì)算毛坯可用計(jì)算毛坯截面圖與計(jì)算毛坯直徑圖表示，兩者統(tǒng)稱(chēng)為計(jì)算毛坯圖。
計(jì)算毛坯截面圖是沿鍛件軸線(xiàn)方向截面積變化的圖像。
計(jì)算毛坯直徑圖是鍛件軸線(xiàn)方向直徑變化的圖像。
兩者都反映了鍛件長(zhǎng)度（軸線(xiàn)）上金屬分布的情況。
關(guān)于毛坯截面圖及直徑圖的計(jì)算方法與常規(guī)方法相似。
根椐毛坯截面圖可確定坯料的體積V=35500mm3。
3.5 模具型槽的設(shè)計(jì)
模具型槽是鍛件時(shí)_后成形的型槽，它是按熱鍛件圖制造和檢驗(yàn)的。
開(kāi)式模鍛時(shí)，梅花扳手兩頭的型槽沿分模面設(shè)置小毛邊槽，而桿部體積能正確計(jì)算及容易成形，故不設(shè)毛槽。
鍛件在模具型槽里鍛好冷卻到室溫時(shí)，其尺寸要縮小，所以熱鍛件圖要按鍛件圖（冷）放大一個(gè)收縮量。
對(duì)梅花扳手鋼鍛件的收縮率一般取1.2%。模具型槽 的主要尺寸見(jiàn)圖5。當(dāng)傾斜角α=7o時(shí)，錯(cuò)移力未_平衡，故設(shè)置了外加平衡鎖塊，見(jiàn)圖3所示。
3.6 模鍛力的計(jì)算
模鍛所需的壓力可按下式計(jì)算：
P=K（2+0.1（Fsqrt（F））/V）σb.F
式中P--模鍛力，N
K--系數(shù)，當(dāng)開(kāi)式模鍛時(shí)取K=3.5
F--鍛件投影面積，mm2,根據(jù)計(jì)算為4200mm2
V--鍛件體積，mm3,根據(jù)計(jì)算為35500mm3
σb--模鍛終了時(shí)的金屬?gòu)?qiáng)度_，MPa,按45號(hào)鋼選用60MPa
計(jì)算后得 P=2500kN
故選用3000kN摩擦壓力機(jī)進(jìn)行生產(chǎn),模鍛時(shí)坯料溫度為900～950oC。
4輥鍛制坯工藝
4.1選擇原毛坯尺寸
輥鍛過(guò)程中，毛坯每一道變形時(shí)，除了少量金屬展寬外，大部分金屬都沿鍛件軸線(xiàn)被延伸，使毛坯模截面不斷減小。
因此，選擇原毛坯截面尺寸，可按下式確定原毛坯的截面積：
Fo=K.Fmax
式中Fo--原毛坯截面積，mm2
Fmax-- 鍛件_截面積，mm2
K--截面增大系數(shù)，取K=1.1～2.0
原毛坯長(zhǎng)度尺寸可根據(jù)梅花扳手鍛件圖來(lái)進(jìn)行計(jì)算的。
經(jīng)計(jì)算并按鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，_后選定的實(shí)際原毛坯尺寸為φ18×140mm。
4.2確定輥鍛道次
選擇輥鍛道次對(duì)_輥鍛件的成形及提高生產(chǎn)率有很大的影響。
如果選擇道次過(guò)多，則將增加輥鍛模具的數(shù)量，同時(shí)延長(zhǎng)操作時(shí)間，使生產(chǎn)率降低。
反之，如果輥鍛道次過(guò)少，則將使金屬分配不全理或使金屬變形加劇，影響繼續(xù)輥道次的主要依據(jù)是金屬延伸量的大小及制作成形的難易程度，可按下式初步確定輥鍛道次N：
N=lgλ/1gλ平
總延伸系數(shù)λ等于原毛坯橫截面積Fo與輥鍛后鍛件的_小截面積Fmin之比，即λ=Fo/Fmin=254.34/121.5=2.09.
平均延伸系數(shù)λ平一般為1.5～2.5.
根據(jù)輥鍛道次的計(jì)算及梅花扳手坯料工藝的分析，代入上式得N=1g2.09/1g2=1.06,輥鍛道次選為N=1。
4.3 設(shè)計(jì)輥鍛后制坯的形狀及尺寸
輥鍛制坯的形狀應(yīng)根據(jù)計(jì)算毛坯直徑圖的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其形狀及尺寸見(jiàn)圖6所示。4.4 確定輥鍛模具型槽尺寸，根據(jù)生產(chǎn)中實(shí)際數(shù)據(jù)，其前滑量S=2%～3%,取S=2.5%計(jì)算：
①模具型槽的總長(zhǎng)度 L=L坯/1+S=262/102.5×100≈255mm
②大小頭尺寸：按鍛件和毛邊的體積定出φ27×15和φ23×25的扁球體，但兩頭都留有5mm伸縮量，以利充滿(mǎn)模鍛型槽。
③桿部截面為橢圓形，其體積取決于鍛件桿部體積，因模鍛時(shí)桿部不再溢出毛邊。其它尺寸則參照鍛件尺寸確定，參見(jiàn)圖2。
④毛邊：在兩鍛輥中間留有1.25mm的間隙。毛邊自然形成。
由上可得輥鍛模型的形狀及尺寸，見(jiàn)圖7所示。5切邊、沖孔及沖十二角
梅花扳手模鍛后，還需進(jìn)行切邊、沖孔及沖十二角。
這些工藝所用的沖模均為一般熱沖模結(jié)構(gòu)，在標(biāo)準(zhǔn)壓力機(jī)上進(jìn)行沖壓，故不再作工藝分析。
6模具材料
鍛壓模和輥鍛模在工作時(shí)都承受著較大的壓力，另一方面又在反復(fù)受熱和冷卻的條件下工作，通常模具受熱的溫度可達(dá)350～500oC。
因此，模具內(nèi)部在交變應(yīng)力的作用下，極易形成熱疲勞裂紋。
為_(kāi)模具的使用壽命，鍛壓模和輥鍛均選用3Cr2W8合金模具鋼。
由于鍛壓模需要量較大，可采用冷壓方法制造。
鍛壓模和輥鍛模的熱處理工藝，經(jīng)淬火及回火后的硬度為HRC48～51。
7 結(jié)論
在梅花扳手一具零件生產(chǎn)中，采用輥鍛技術(shù)和小毛邊模鍛組成_的成形工藝，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上有了明顯的提高，即簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工序，提高了產(chǎn)品質(zhì)量及合格率，又減少了基本設(shè)備投資，降低了產(chǎn)品成本。
敲擊扳手、敲擊梅花扳手、敲擊呆扳手、敲擊開(kāi)口扳手、直柄敲擊扳手、彎柄敲擊扳手、英制敲擊扳手、重型扳手、敲擊重型扳手、直柄梅花扳手、彎柄梅花扳手、梅花敲擊扳手、錘擊扳手、錘擊梅花扳手、錘擊呆扳手、梅花錘擊扳手、開(kāi)口錘擊扳手、單頭呆扳手、單頭梅花扳手、彎柄敲擊梅花扳手、凸型敲擊梅花扳手、閥門(mén)扳手、F扳手、聽(tīng)針、F型閥門(mén)扳手等特種扳手一般采用_碳素結(jié)構(gòu)鋼45#中碳鋼或_合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr制造而成，堅(jiān)固耐用、不折不斷，抗打擊能力強(qiáng)，是大型工業(yè)用重型扳手，適用于石油、化工、石化、冶金、造船、發(fā)電、礦山、機(jī)械等行業(yè)。