圆形凸台件的冷挤压工艺及模具设计

第1卷　第2期　　2009年9月　　　　　　　　精密成形工程

JOURNALOFNETSHAPEFORMINGENGINEERING

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圆形凸台件的冷挤压工艺及模具设计

张福乐

(开封联合收割机厂,河南开封475002)

摘要:对圆形凸台件的冷挤压工艺与机械加工工艺进行了比较,对圆形凸台件进行了冷挤压工艺分析,叙述了工艺难点,详细叙述了圆形凸台件冷挤压工艺的工序设计、毛坯计算、毛坯软化处理、凸、凹模的设计及模具整体设计、介绍了圆形凸台件的冷挤压工艺的优越性。

关键词:圆形凸台件;冷挤压工艺;预应力组合凹模;模具结构中图分类号:TG376.3　　　文献标识码:A

文章编号:167426457(2009)0220065203

ColdExtrusionProcessandDieZ(475002,China)

Abstract:machiningprocessforthecupwithbossesarecompared.Thecoldextrusionprocess

forthecupwithTheprocessdifficultiesaredescribed.Theprocessdesign,blanksizecalculationandsof2tening,punchandcavitydiedesign,entiredesignofthediearedescribedindetail.Theadvantagesofcoldextrusionprocessforthecupwithbossesareintroduced.

Keywords:cupwithbosses;coldextrusiontechnology;prestressedcombinedcavitydie;diestructure

某产品有一圆形凸台件,如图1所示。凸台件材料为铝,表面后处理为氧化,内孔表面粗糙度要求不高,产品精度要求比较高,产品初期生产采用机械加工工艺,材料利用率低,加工生产效率低,成本高,工序流程长,不利于大批量生产。

采用机械加工工艺,其材料消耗为97.5g/件,加工费用为14.5元/件;采用冷挤压工艺其材料消耗为32.2g/件,加工费用为4.5元/件。为了节约成本,提高产品的竞争力,决定采用冷挤压工艺进行生产

。

图1　产品零件

Fig.1　Productdrawing

收稿日期:2009203211

作者简介:张福乐(1963-),男,安徽安庆人,工程师,主要从事塑胶模具设计与制造、五金模具设计与制造方面的研究工作。

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精密成形工程　　　2009年09月

1　产品分析

1.1　产品特点

　　产品内部有两个凸台和一个凹坑这是该零件冷挤压工艺过程中要克服的难点,凸台不容易充满,凹坑的立边不容易直角,同时两个凸台之间的模具部分容易受大的应力而产生裂纹,为节约材料,要求冷挤压后本体外形与内腔都不加工,只加工端面及车螺纹。

d0=

=32.2mm

.14h0

取d0=32mm。

2.2　零件反挤压的变形程度及变形力的计算

ε=　　100%=752×d0

2

查资料,许用的ε为70～90,因此可以一次反挤压完成,根据零件的形状和材料的特性采用一次反挤压工艺。

冷挤压变形力:

2

σσP=FT×Z×n×n×b=πr×Z×b=120(t)

1.2　需解决的关键技术问题

1)细长凸模的根部断裂和前端凸台局部断裂;2)凸、凹模材料的选择及热处理;3)凸、凹模的结构设计及计算;4)毛坯尺寸的确定;

5)毛坯的前处理及润滑剂的选择。

式中:FT为凸模工作部分的横截面积;Z为模具的形状系数,查资料,取Z=1.;n为变形程度系数,

查资料,取n=5.0;σb,查资料,取σb=2031　下料

1.3　材料的选择

,氧化性能两方面,铝。

冷挤压毛坯的制备有3种方法,分别是:截切棒料(或管料)、冲裁模冲裁板料、切削方法切削棒料,其各有优缺点,综合生产效率、材料利用率及毛坯质量,选择冲裁模冲裁板料的方法下料。

2.3.2　毛坯软化处理

1.4　工艺分析

机械加工工艺的路线为:备料-车端面及车螺

纹-车内形-车外形(粗车和精车)-倒圆弧-切断-加工中心加工凸台及凹坑-冲方孔-氧化。此工

毛坯在挤压前必须进行软化处理,目的是降低毛坯材料的硬度,提高塑性,消除内应力,得到良好的金相组织,

以降低冷挤压变形力,提高模具寿命。铝合金毛坯软化处理规范如图2所示。

艺的路线比较长,材料利用率低,且需加工中心,外形需精车,成本高。

经分析计算得出的冷挤压工艺的路线为:备料-下料-前处理-冷挤压-车端面及车螺纹-冲方

孔-氧化。此工艺的路线比较短,效率高,材料利用率高,有利于大批量生产。

2　冷挤压工艺计算

2.1　毛坯尺寸计算

　　由于三维软件的广泛应用,利用其计算功能可以精确计算出零件(含端面的加工余量)的体积V=11103mm3,取毛坯的高度h0=10mm。根据挤压

图2　处理规范

Fig.2　Processingspecification

热处理后的硬度为HB15～25。

2.3.3　毛坯表面处理及冷挤压润滑剂的选择

毛坯表面处理及冷挤压润滑剂的选择是冷挤压工艺的关键,对毛坯表面进行处理可以产生一层能够储存润滑剂的多孔薄膜,处理过程如下。

前后毛坯的体积不变的原则计算出毛坯的外径:

第1卷　第2期　　张福乐:圆形凸台件的冷挤压工艺及模具设计

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)-冷水1)去油。汽油洗-热水洗(60～100℃

冲。

2)去氧化皮。将毛坯放入工业销酸400～800g/L溶液中,取出冷水冲2次。

3)表面磷化处理

磷酸二氢锌Zn(H2PO4)　　　　28g/L磷酸H3PO4铬酐CrO3

十二醇烷基硫酸钠水H2O处理温度

55～60℃

3.2.2　径向过盈量(双向)U的确定

3g/L10g/L0.5g/L

图4　组合凹模

Fig.4　Combinedcavitydie

处理时间2～3min

4)试验结果表明磷化处理+工业菜油作为润滑剂,表面粗糙度最好可以达到1.6以上。

查阅相关资料及相关数据。U=β2d2=0.0085d2=0.5

3.2.3　3　冷挤压凸模及凹模的设计

3.1　凸模的设计

　　凸模相对有效长度7边棱角,如图3

应,热处理硬度～,热处理硬度HRC60～64。:1260±10℃(高温淬火)+560℃×1.5h两次回火+氧氮共渗[1]。

4　模具的整体设计

依据零件的特点及要求采用一次反挤压工艺,其模具结构如图5所示,模具由上、

下两部分组成,

图3　凸模

Fig.3　Punch

3.2　凹模的设计

由于冷挤压时凹模承受很大的载荷,采用预应力组合凹模来提高承载能力,选用优质的合金材料和特殊的热处理工艺。组合凹模的层数与挤压力有关,综合考虑选两层组合凹模,如图4所示。

3.2.1　两层组合凹模各圈直径的确定

查阅相关资料及经验数据

=α3,α为4～6,取α3=4,d3=4d1=110d1

α=α2=0.23+1=1.8

d1d2

=50

图5　装配

Fig.5　Assemblydrawing

(下转第75页)

第1卷　第2期　　李六如:薄壁主动齿轮失效分析及工艺改进

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点是在组装过程中齿轮受热均匀,变形一致;避免了局部温度过高造成的齿轮局部变形过大,从而使得齿轮与轴配合时,过盈量过大引起齿根表面拉应力大。整体加热组装方式提高了齿轮与轴的同轴度。

在加工和组装过程中,要求配合面的实际接触

面积要大于80%以上,配合表面粗糙度为Ra0.8～0.4,并确保配合表面的清洁。

通过以上工艺制造所得主动齿轮性能检测结果见表3。

表3　齿轮性能检测结果

Table3　Testresultsofgearperformance

序号

12

名称表面硬度心部硬度

HRC58～62HRC38～45

质量标准检查结果

实物HRC59

实物39/<30试棒HRC43实物1500MPa实物1280MPa实物10%实物48.5%

实物72J/69J(平均/最小值)实物1.8mm1(≤5单项判定合格合格

σ1180MPab≥σ830MPas≥

3

机械性能δ7%5≥

ψ≥35%冲击韧性≥41J

有效硬化层深度1.7～2.5mm

合格

4金相组织

马氏体及少量残余奥氏体≤25%,且细小弥散

碳化物级别≤2级

合格

　　由表3可以看出、车上,运行效果良好,早期断裂失效的问题得到很好的解决。

3　结语

通过分析齿轮早期破断失效的原因,提出了提高薄壁主动齿轮性能的工艺改进方案。并在现场生产中通过对关键工序进行质量控制,确保了薄壁主动齿轮的制造质量。以上的工艺改进方法实际用于薄壁主动齿轮的制造,并将其换装或装配到重载机

参考文献:

[1]　陈国民.论我国渗碳齿轮制造中的若干问题[C].2007

年长春齿轮渗碳淬火技术专题研讨会论文译文集,

2007:1-38.

[2]　林太军,薄壁渗碳淬火齿轮断裂原因分析及改进措施

[J].机械传动,2006,30(1):79-80.

(上接第67页)

依靠导柱。导套完成导向,毛坯依据定位圈定位,挤压完成后模具的顶杆在机床顶出机构的作用下将零件顶出凹模,考虑挤压完成后工件有被凸模带出的可能性,故模具设计了卸料装置[2]。

艺的优点是:尺寸精度高,一致性好,表面质量好,生产效率高,材料的晶粒度不发生改变,零件无污染,材料不经切削加工金属流线好,具有很好的经济和社会效益。参考文献:

[1]　冷压冲模设计编写组.冷压冲模设计[M].北京:第四

5　结语

详细介绍了此类零件冷挤压工艺及模具设计计算,对与批量较大零件表面质量和污染层要求高时,采用冷挤压工艺明显优于机械加工工艺.冷挤压工

机械工业部标准化所,1981:369-394.

[2]　洪慎章.冷挤压实用技术[M].北京:机械工业出版社,

2005:95-97.