1、冲压工艺与冲模设计 第2版 主编 翁其金 第七章 冷挤压 第一节 概述6H-7Q根据冷挤压时金属流动的方向与凸模运动方向的关系,冷挤压可以分为以下几种。1.正挤压挤压时,金属流动的方向与凸模运动的方向一致(图7-1)。正挤压可以利用实心或空心坯料制造各种形状的空心件和实心件,如图7-2所示。一、冷挤压的分类6H-7Q图7-1正挤压示意图1坯料2挤压件3凹模4凸模6H-7Q2.反挤压挤压时,金属流动的方向与凸模运动的方向相反(图7-3)。反挤压可以制造各种形状的杯形零件和实心零件,如图7-4所示。图7-2正挤压零件示例图6H-7Q图7-2正挤压零件示例图(续)6H-7Q图7-3反挤压示意图1坯料
2、2挤压件3顶杆4凹模5凸模6H-7Q图7-4反挤压件示例6H-7Q3.复合挤压挤压时,金属朝凸模运动方向和相反方向同时流动(图7-5)。复合挤压可以制造各种形状的零件,如图7-6所示。6H-7Q以上三种挤压方式的金属流动方向都是与凸模运动的方向平行,故统称为轴向挤压。图7-5复合挤压示意图1坯料2挤压件3凹模4凸模6H-7Q图7-6复合挤压件示例6H-7Q图7-7径向挤压a)枝叉类b)杯形类1上凸模2毛坯3上凹模4工件5下凹模6下凸模6H-7Q4.径向挤压挤压时,金属流动的方向与凸模运动的方向垂直。它又分为离心挤压和向心挤压两种,离心挤压是金属在凸模作用下沿径向外流(图7-7);而向心挤压则是
3、沿径向内流。冷镦工艺实际上就是离心径向挤压。径向挤压主要用于制造带凸缘的零件,如图7-8所示。6H-7Q图7-8径向挤压件示例6H-7Q把上述轴向挤压和径向挤压联合的加工方法称为镦挤法。采用镦挤法使冷挤压工艺的应用范围进一步扩大,图7-9所示支承杆的制造过程就是采用镦挤法。镦挤法能成形较为复杂的零件,挤压以单独的轴向或径向冷挤压难以成形的零件。6H-7Q图7-9镦挤法示例6H-7Q二、冷挤压的特点及应用冷挤压的特点为:1)坯料变形区塑性好,变形抗力大。2)挤压件质量高。3)生产率高。4)节约原材料。6H-7Q由于冷挤压具有上述优点,因而应用冷挤压生产制品有明显的技术经济效果。例如,汽车活塞销(
4、图7-10a)采用冷挤压代替原来的切削加工方法,材料利用率由40%提高到80%,生产效率提高两倍,成本降低37%,力学性能提高20%100%,疲劳寿命是原来的3.5倍。实践证明它可以用20钢代替原来的20Cr钢。又如纯铁底座(图7-10b)用冷挤压代替切削加工,材料消耗为原来的1/10,生产率提高了30倍。又如纯铝电容器(图7-10c)形状复杂,尺寸小,要求高,用切削加工无法达到要求,而采用冷挤压就比较容易达到。6H-7Q图7-10冷挤压零件a)汽车活塞销b)纯铁底座c)纯铝电容器6H-7Q图7-11纯铝仪表零件6H-7Q三、当前应用冷挤压技术应解决的主要问题解决强大的变形抗力与模具承载能力的
5、矛盾。为此,必须做到:1)设计合理的、工艺性良好的冷挤压件。2)恰当选择冷挤压金属材料,正确确定坯料形状尺寸及热处理规范,要特别注意坯料表面处理与润滑。3)制订合理的冷挤压工艺方案,合理选择冷挤压方式,适当控制冷挤压变形程度。4)采取有效措施解决模具的强度、刚度和使用寿命问题。5)选用合适的挤压设备。6H-7Q 第二节冷挤压的金属变形6H-7Q图7-12挤压试样研究挤压金属变形最简便的试验方法仍是坐标网格法,即由两个半圆柱组成圆柱体试样(图7-12),其中一块刻有正方形网格,在拼合面上涂润滑油,拼合后即可进行各种形式的挤压试验。从试验后网格的变化情况,来分析各种挤压方式的金属变形情况及各种因素
6、对挤压变形的影响。6H-7Q一、正挤压的金属变形图7-13a为正挤压过程的应力应变状态。图7-13b为正挤压实心件过程中,试样上坐标网格的变化情况。变形金属大体可以分为以下几个区:(1)已变形区(挤出部分)由已变形区网格变化情况可以看出,沿着横截面,金属变形是很不均匀的,中间金属流动大于表面,致使横向坐标线产生很大的弯曲。(2)变形区挤压金属的变形区是在凹模口附近,即图中的-与-两虚线之间的区域。6H-7Q(3)待变形区变形区与凸模端面之间为待变形区。(4)死角凹模转角部位的金属(图中D处),在挤压过程不参与变形,称为“死角”。6H-7Q图7-13正挤压的金属变形情况(1)模具与挤压金属间摩擦
7、力的影响6H-7Q图7-14凹模中心锥角对金属变形的影响(2)模具几何参数的影响图7-14表示凹模中心锥角对金属变形的影响。6H-7Q二、反挤压的金属变形图7-15a为反挤压过程的应力应变状态。图7-15b为高度大于直径的坯料反挤压过程中的稳定挤压阶段。此时,变形金属大体有以下几个区:(1)粘滞区该区是紧靠凸模端面的部分,由于凸模端面与金属之间摩擦力的影响,这个区域金属变形极小,故称粘滞区。(2)变形区图中两虚线之间即为反挤压金属的强烈变形区。在稳定挤压阶段,粘滞区和强烈变形区的大小保持不变,但其位置随着凸模的下行而逐步向下变动。6H-7Q(3)待变形区变形区下面即为待变形区。(4)死角处于凹
8、模角部的金属始终不参与变形(图7-15c中D处)即为死角。6H-7Q图7-15反挤压过程金属变形情况6H-7Q图7-16为复合挤压金属变形情况。由图可以看出,由于复合挤压的方式不同,因而金属流动情况也不一样。图7-16a是正挤压和反挤压金属变形规律的综合;图7-16b是上、下两个杯形反挤压变形规律的综合;图7-16c是上、下两个杆形正挤压变形规律的综合。三、复合挤压的金属变形6H-7Q图7-16复合挤压的金属变形情况6H-7Q复合挤压的变形情况是比较复杂的,它存在正、反两个方向的挤出速度、挤出长度的控制问题,挤压金属变形情况既与复合挤压的方式有关,又与变形程度,凸、凹模形状,尺寸,表面粗糙度,
9、润滑条件等因素有关。这些因素中有一个因素变化,都会引起复合挤压时金属变形状况的变化。综上所述,为使冷挤压金属产生较为理想的变形,即产生匀速流动和均匀变形,保证挤压件质量,必须控制变形程度,正确设计凸、凹模的几何形状及参数,尽量减少摩擦力,注意改善润滑条件和对模具工作表面的表面粗糙度提出严格要求。6H-7Q四、冷挤压的变形程度1.冷挤压变形程度的表示方法冷挤压变形程度可用以下几种形式表示:1)断面变化率:6H-7Q=100%(7-1)2)挤压比:R=(7-2)3)对数挤压比:=ln(7-3)6H-7Q冷挤压时,一次挤压加工可能达到的最大变形程度称为极限变形程度。挤压金属可能达到很大的变形程度。但
10、变形程度很大时,单位挤压力很大,会显著降低模具的使用寿命,如果单位挤压力超过模具强度所许可的范围,则造成模具的早期破坏。所以,冷挤压极限变形程度实际上是受模具强度和使用寿命的限制。也就是说,冷挤压的极限变形程度实际上是指在模具强度允许条件下,保持模具有一定寿命的一次挤压变形程度。2.极限变形程度6H-7Q表7-1非铁金属一次挤压的极限变形程度表7-1为部分非铁金属一次挤压的极限变形程度。6H-7Q图7-17、图7-18、图7-19分别为碳素钢正挤压实心件、正挤压空心件、反挤压空心件时的极限变形程度。这些极限变形程度值是按模具许用单位压力为2500MPa、正挤压凹模中心锥角为120、坯料相对高度
11、为h0/d0=0.71.0并经退火、磷化、润滑处理后进行挤压试验得到的。6H-7Q图7-17正挤压碳素钢实心件极限变形程度6H-7Q使用上述各图时应该注意,图中斜线以下是许用变形区;斜线中间为过渡区,其上限适用于模具钢质量高,挤压条件好的情况;下限适用于一般情况。斜线以上是待开发区,随着挤压技术的发展,斜线上限可能被突破。图中斜线以下可以保证模具的工作寿命达到1万件至10万件。如果需要模具寿命达到10万件以上,则斜线就得降低,即变形程度就得减少。6H-7Q图7-18正挤压碳素钢空心件极限变形程度6H-7Q图7-19反挤压碳素钢空心件极限变形程度6H-7Q第三节冷挤压的材料与坯料制备6H-7Q一
12、、冷挤压用原材料1.冷挤压工艺对金属材料的要求强度、硬度低,硬化模数小,有一定的塑性,化学成分要求较严格,钢的硫、磷含量少,冷挤压工艺性好。6H-7Q2.可用于冷挤压的金属材料目前可用于冷挤压的金属主要有铅、锡、银、纯铝、铝合金、纯铜与无氧铜、黄铜、锡磷青铜、镍、锌及锌镉合金、纯铁、碳素钢、低合金钢、不锈钢。此外,对于经过适当热处理的钛和某些钛合金、钽、锆等也可以进行冷挤压,甚至轴承钢(GCr9、GCr15)和高速钢(W6Mo5Cr4V2)也可以进行一定变形程度的冷挤压加工。随着冷挤压技术的发展和新模具材料的应用,可用于冷挤压的金属必将逐步扩大。6H-7Q二、冷挤压坯料形状和尺寸的确定1.冷挤
13、压坯料的形状冷挤压坯料的形状主要是根据挤压件的截面形状和挤压方式决定。坯料的横截面轮廓形状应尽量与挤压件轮廓形状相同,并与挤压模型腔吻合,以便定位。坯料的几何形状应保持对称、规则、两端面平行;坯料表面应光滑,不能有裂纹、折叠等缺陷。6H-7Q图7-20冷挤压用坯料的形状常用的冷挤压坯料如图7-20所示。对于正挤压和径向挤压,这几种坯料都可用,实心坯料用于正挤实心件,空心坯料用于正挤空心件。反挤压常用图7-20a、b所示的两种坯料。6H-7Q2.坯料尺寸的确定坯料的体积(V0)等于零件的体积加上修边量和切削量(需要时)。不同挤压件的修边量可参照表7-2和表7-3选取。表7-2旋转体冷挤压件高度修
14、边量(单位:mm)注:1.当挤压件高度大于100mm时,修边量为高度的5%。2.复合挤压件的修边余量应适当加大。3.矩形挤压件的修边余量,按表列数据加倍。6H-7Q表7-3大量生产铝质外壳所用的修边量(单位:mm)注:表列数值适用于大量生产壁厚为0.30.4mm的薄壁铝制反挤杯形件。坯料横截面尺寸按下述原则确定:外径(d0)一般比凹模小0.10.2mm,以便放入凹模;内径(d2)一般比挤压件内孔(或芯轴直径)小0.010.05mm。当挤压件内孔表面粗糙度要求不高时,坯料内孔也可以比挤压件内孔大0.10.2mm。6H-7Q坯料的高度为h0=(7-4)式中 h0坯料高度;V0坯料体积;A0坯料横截
15、面积。6H-7Q图7-21冷挤压件图例7-1确定图7-21挤压件的坯料形状及尺寸。6H-7Q解查表7-2取修边量h=3mm。按图求得坯料体积V0=2278mm3;坯料外径取d0=44-0.2=43.8mm;坯料内径取d2=10mm;则坯料高度为6H-7Q三、冷挤压坯料的加工方法坯料的加工方法有切削加工、剪切、冲裁、拉深或反挤压等。究竟采用哪一种方法制造坯料,应根据坯料的形状和尺寸、挤压件的精度和表面粗糙度、生产率及材料利用率等实际要求来选择。6H-7Q四、冷挤压坯料的软化处理冷挤压坯料软化处理的目的是降低材料的硬度,提高塑性,获得良好的金相组织,消除内应力,以降低变形抗力,提高挤压件质量和模具
16、使用寿命。从冷挤压工艺性来看,晶粒度大小适中的球状组织最好。6H-7Q五、冷挤压坯料的表面处理与润滑对冷挤压坯料进行表面处理与润滑十分必要。其目的是减少模具表面与金属间的摩擦力。1.表面处理不同金属材料表面处理与润滑的方法不同,碳素钢和合金结构钢通常采用磷化处理;不锈钢(1Cr18Ni9Ti)采用草酸盐处理;硬铝采用氧化、磷化、氟硅化处理中的一种。经处理后,获得与坯料表面牢固结合的润滑覆盖层。这个覆盖层是结晶的多孔性的薄膜,能吸附润滑剂,在挤压过程中,还能随挤压金属一起塑性变形,保证挤压过程的有效润滑。6H-7Q为了进一步降低摩擦因数,需要对坯料进行润滑处理。经磷化处理后的碳素钢和合金结构钢坯
17、料需进行皂化润滑处理。图7-22皂化处理后的钢坯料表面润滑层2.润滑处理6H-7Q第四节冷挤压力的确定6H-7Q一、冷挤压力曲线图7-23为冷挤压时挤压力F与行程s的关系曲线。曲线a和b分别是坯料高度较大的正挤压力曲线和反挤压力曲线。曲线c是坯料高度较小的挤压力曲线。图7-23冷挤压力曲线6H-7Q由图可以看出,冷挤压过程中压力的变化一般可分为四个阶段:是挤压初始镦粗与充满型腔阶段;是稳定挤压阶段;是挤压终了阶段;是刚端挤压阶段。值得注意的是刚端挤压阶段,当反挤压坯料底部或正挤压的凸缘厚度小于某一数值(纯铝为0.20.3mm,钢铁材料约为1.5mm)时,则变形非常困难,变形阻力极大,挤压力急骤
18、上升。图中曲线c表明,由于坯料高度较小,由初始镦粗与充满阶段很快转入刚端挤压阶段,故挤压力曲线的几个阶段很不明显。6H-7Q二、单位挤压力及其影响因素作用在凸模上的单位挤压力是总挤压力与凸模接触坯料的表面在凸模运动方向上的投影面积之比,即p=(7-5)式中 p单位挤压力;F挤压总力;A凸模与挤压坯料接触表面在凸模运动方向上的投影面积。6H-7Q图7-24作用在模具上的压力a)正挤压b)反挤压必须注意,作用在凹模上的单位挤压力与作用在凸模上的单位挤压力是不一样的,如图7-24所示。6H-7Q图7-25钢铁材料正挤压实心件挤压力确定图三、挤压力的确定6H-7Q图7-26钢铁材料正挤压空心件挤压力确
19、定图6H-7Q材料种类、变形程度、模具工作部分的几何形状、坯料的相对高度等主要因素的影响。图7-27钢铁材料反挤压实心件挤压力确定图图由、四个区组成,分别考虑到零件的形状、尺寸、6H-7Q例7-2正挤压实心件,已知冷挤压材料为纯铁,坯料直径(凸模直径)d0=75mm,坯料高度h0=110mm,挤压后直径d1=45mm,凹模中心锥角A=90。求单位挤压力和挤压力。解:从图7-25中区找到d0=75mm,作水平线与d1=45mm曲线相交,从交点垂直向上求得=64%,由=64%向上进入区与纯铁曲线相交,由交点作水平线得未经修正的单位挤压力=850MPa,继续向左进入区进行修正,先找坯料相对高度h0/
20、d0=1.5斜线进行相对高度的修正,而后找A=90进行凹模中心锥角的修正,垂直向下得经修正后的单位挤压力p=1050MPa,最后垂直向下进入区与d0在区中的投影相交,求得挤压力F=4.5MN。6H-7Q例7-3反挤压空心件,已知挤压材料为纯铁,坯料直径d0=70mm,高度h0=35mm,凸模直径d1=58mm。求单位挤压力和挤压力。解:从图7-27区查凸模直径d1=58mm,作水平线与坯料直径d0=70mm相交,从交点垂直向上求得=69%,再向上进入区与坯料相对高度h0/d0=0.5曲线相交,由交点的横坐标线得修正系数K=0.94,由交点再向上与纯铁材料曲线相交,得未经修正的单位挤压力=186
21、0MPa,再向左进入进行修正,经坯料修正系数K=0.94和坯料外径d0=70mm的曲线修正后,得修正后的单位挤压力p=1660MPa,最后垂直向下进入区,与凸模直径d1=58mm在区的投影相交即得挤压力F=4.5MN。6H-7Q对于非铁金属,可按图7-28、7-29、7-30确定单位挤压力。确定的方法是根据已知材料、和h0/(毛坯高度与零件壁厚之比)按图中箭头方向查得单位挤压力。然后按下式可求得总的挤压力:图7-28非铁金属正挤压实心件单位挤压力计算图6H-7Q图7-29非铁金属正挤压空心件单位挤压力计算图6H-7Q图7-30非铁金属反挤压单位挤压力计算图6H-7Q由于冷挤压时的单位压力和工作
22、行程都很大,冷挤压件的精度要求又很高,因而对冷挤压使用的压力机提出了一些特殊要求,如能量大,刚度好,导向精度高,具备顶出机构和过载保护装置等。用于冷挤压的压力机主要有两类,即机械压力机和液压机。用于冷挤压的偏心齿轮式压力机,做功能力比通用压力机大得多,公称压力角度一般在046,比通用压力机大,适应冷挤压工作行程较大的需要。肘杆式和拉力肘杆式压力机,其公四、冷挤压力机的选用6H-7Q称压力行程仅310mm,因而只适用于工作行程较小的挤压。这种压力机工作比曲轴式(或偏心齿轮式)的平稳,冲击力小。液压机的特性决定了它适用于工作行程较大的挤压,但生产率较低。由于冷挤压工作行程一般较大,故应与拉深等成形
23、工艺一样,必须校核冷挤压的压力-行程曲线是否在压力机的许用负荷曲线范围内,不能只根据冷挤压力选择压力机的公称压力。6H-7Q第五节冷挤压件的工艺性6H-7Q一、冷挤压件的结构工艺性根据冷挤压金属变形的特点,最适宜于冷挤压的零件形状是轴对称旋转体零件,其次是轴对称非旋转体零件,如方形、矩形、齿形等零件。非轴对称零件挤压成形较困难。挤压件应尽量避免以下结构(图7-31):锥体、锐角、直径小于10mm的深孔(孔深为直径的1.5倍以上)、径向孔和轴向两端小而中间大的阶梯孔、径向局部凸耳、凹槽、加强肋等。如果零件使用要求必须具有上述结构,则应将零件加以简化,以改善挤压工艺性,在挤压后用切削加工等方法进行
24、加工。6H-7Q图7-31冷挤压件的结构工艺性6H-7Q二、冷挤压件的尺寸公差与表面粗糙度冷挤压件的尺寸精度受模具精度、压力机刚度和导向精度、挤压坯料的制造及表面处理、冷挤压工艺方案的合理性等因素影响较大。随着冷挤压技术的进步,目前已经可以获得尺寸精度相当高的冷挤压件,一般可以达到IT7。冷挤压件的表面粗糙度与模具的表面粗糙度、润滑等因素有关,目前表面粗糙度Ra达0.2m。6H-7Q冷挤压零件一次成形允许的尺寸关系见表7-4、表7-5和图7-32。复合挤压的尺寸参数参照单一的正挤压和反挤压的尺寸。6H-7Q表7-4反挤压件的尺寸参考表6H-7Q表7-4反挤压件的尺寸参考表6H-7Q表7-5正挤
25、压件尺寸选取参考表6H-7Q图7-32复合挤压件的形状及尺寸参数6H-7Q第六节冷挤压工艺过程设计6H-7Q冷挤压工艺过程设计包括以下内容:挤压件的工艺性分析;确定包括冷挤压方式、工序数目及有关辅助工序在内的挤压工艺方案;制订冷挤压件图;确定坯料的形状、尺寸、重量及备料方法;挤压力计算和设备的选用;冷挤压模设计;制订工艺卡片。6H-7Q一、冷挤压工艺方案的确定1.冷挤压件分类及其挤压方式(1)杯形类冷挤压件(图7-33)这类零件一般采用反挤压(图7-33a图7-33c),或反挤压制坯后再以正挤压成形(图7-33e)。(2)管类、轴类挤压件(图7-34)这类零件一般采用正挤压。(3)杯杆类、双杯
26、类冷挤压件(图7-35)这类挤压件一般采用复合挤压,也有用正挤压和反挤压两次挤压。6H-7Q图7-33杯形类冷挤压件6H-7Q图7-34管类、轴类冷挤压件6H-7Q图7-35杯杆类、双杯类冷挤压件6H-7Q图7-36复杂形状冷挤压件以用正挤压、反挤压、复合挤压或径向挤压成形。(4)复杂形状的冷挤压件(图7-36)带有齿形或花键等的轴对称挤压件可6H-7Q2.冷挤压工艺方案的确定冷挤压工艺方案确定基本原则是:1)零件的形状尺寸是确定挤压方式的基本依据。2)工序数量确定的基本依据是零件结构及挤压变形程度。3)采用的挤压工序和工序顺序应符合挤压金属变形规律,有利于金属流动和变形的均匀性。6H-7Q图
27、7-37挤压工艺方案比较a)冷挤压件b)复合挤压示意图c)合理的挤压工艺方案1凸模2封闭环3凹模4挤压件6H-7Q4)在保证零件顺利成形的条件下,尽量采用冷挤压力较低的挤压工序。5)挤压工艺方案必须考虑零件的尺寸及精度要求。图7-38挤压工艺过程对单位挤压力的影响6H-7Q图7-39深杯形件的挤压6H-7Q图7-40典型零件的冷挤压工艺过程6H-7Q二、冷挤压件图的设计冷挤压件图是根据零件图,考虑到冷挤压工艺性和机械加工工艺要求设计的适合于冷挤压的图形。它是编制冷挤压工艺过程、设计冷挤压模具以及设计机械加工用夹具等的依据。6H-7Q冷挤压件图设计的内容和步骤如下:解零件的性能和使用要求;对零件
28、进行全面的工艺性分析;初步确定零件的成形工艺路线、冷挤压方式。在此基础上,对零件进行必要的简化,确定冷挤压件的形状、尺寸。需要机械加工的部位应根据需要加上余量和公差,不需要机械加工的部分应直接按零件要求的尺寸与公差设计;其他的尺寸参数均应按照挤压工艺性要求确定(见冷挤压件工艺性一节)。此外,还有其他特殊问题的考虑及技术条件的制订等。6H-7Q三、冷挤压的典型实例例1如图7-41a所示的导杆是细长空心零件,材料为30钢。其冷挤压工艺过程设计如下:1.冷挤压件图的设计该零件是轴对称旋转体零件,材料为30钢,均适宜于冷挤压成形。根据零件特点以正挤压成形为宜,但零件必须加以简化,以改善冷挤压工艺性。6
29、H-7Q?30mm与M221.5直径相差不大,可一律改为?30,否则凸模壁容易破裂(图7-42)。?18mm与M161.5直径相差不大,为了简化挤压凹模、减少挤压力,可一律改为?18。考虑到坯料制造的误差和压力机行程下止点控制的误差,在长度上应加修整量2mm。为改善正挤压金属变形的均匀性,减少单位挤压力,取挤压凹模中心锥角为90。简化后的冷挤压件如图7-41b所示。6H-7Q2.坯料形状和尺寸的确定采用空心坯料。坯料外径取d0=29.8mm,坯料内径取d2=8mm,经计算后,坯料尺寸如图7-41c所示。图7-41典型冷挤压实例(一)a)导杆零件图b)冷挤压件图c)坯料6H-7Q图7-42不合理
30、的挤压件形状与凸模结构6H-7Q3.冷挤压工艺过程的确定以正挤压方法加工,按图7-18,30钢的极限变形程度为79%83.5%,而该挤压件总的变形程度为=100%=100%=69%因挤压件总变形程度小于极限变形程度,故可一次挤压成形。其工艺过程确定如下:切割坯料退火加工坯料孔表面磷化处理皂化处理一次挤压切削加工。6H-7Q这是因为如果孔在退火之前加工出来,空心坯料在退火之后,其表面都附有氧化皮,内孔氧化皮很难在表面清理时清理干净,这就影响了磷化和皂化的效果,致使在挤压时内孔与芯轴间的摩擦力很大,容易造成芯轴断裂。为此,在退火后加工坯料内孔,可避免上述现象的发生。在冷挤压工艺过程中,为什么把坯料
31、孔的加工安排在退火之后呢?6H-7Q4.冷挤压力的计算从图7-26查得单位挤压力p=1700MPa,总挤压力为1.1MN。由此可见,单位挤压力是在模具许用单位挤压力范围内。6H-7Q例2如图7-43a所示的通信机壳体是一个阶梯形零件,材料为10钢。基本符合冷挤压工艺性要求和挤压件允许的加工尺寸范围,可按图进行冷挤压。其冷挤压过程设计如下:(1)冷挤压坯料形状和尺寸的确定采用空心坯料。图7-43典型冷挤压实例(二)6H-7Q(2)冷挤压工艺过程的确定根据该零件的形状特征确定采用复合挤压。1)正、反挤压的变形程度校核。=100%=100%90%6H-7Q2)挤压工序数目的确定。第一道复合挤压得图7
32、-43c所示工序件,其正、反挤压断面变化率均为83%。第二道复合挤压成为图7-43a所示零件。正挤压部分是采用阶梯形的凸模芯轴(直径由5mm过渡到2mm)进行缩径,其断面变化率为=39%;而反挤压是将厚壁部分(孔径为20.3mm)反挤出来,使已成形部分向上刚性平移,从而获得阶梯形孔,其断面变化率为=68%。由此可见,两道复合挤压的变形程度都是允许的。6H-7Q(3)冷挤压力的计算1)第一道复合挤压时,单纯正挤压的单位挤压力根据图7-26查得p=1850MPa;单纯反挤压的单位挤压力根据图7-27查得p=2350MPa。2)第二道复合挤压时,由直径?10.9mm缩小到?7.8mm,其挤压力很小。
33、两道挤压工序均属复合挤压。实践证明复合挤压力小于或接近于单一挤压力较小值,根据这一规律,第一道复合挤压的单位挤压力大约为1850MPa;第二道复合挤压的单位挤压力不大;两道工序的单位挤压力都在模具许用单位压力范围之内。6H-7Q第七节冷挤压模具6H-7Q一、典型冷挤压模具结构冷挤压模具的结构形式很多,按冷挤压方式有正挤压模、反挤压模、复合挤压模及其他冷挤压模;按通用性有专用冷挤压模和通用冷挤压模;按调整的可能性有可调式冷挤压模和不可调式的冷挤压模。为适应冷挤压金属成形的需要和降低模具制造成本,往往采用可调式冷挤压模和通用式冷挤压模。6H-7Q图7-44正挤压模具1定位销2上模座3垫板4弹性夹头
34、5凸模固定圈6凸模7、8紧固圈9凹模10凹模固定圈11垫板12下模座13顶杆图7-44为挤压带凸缘的纯铝零件的正挤压模具,该模具的主要特点是:6H-7Q1)采用通用模架,通过更换凸、凹模可挤压不同的冷挤压件。2)以导柱导套导向,为了增加导柱长度,特将导柱固定于上模。3)挤压件留在凹模中,采用拉杆式顶出装置通过顶杆13将挤压件顶出,卸件工作可靠。4)上、下模座用中碳钢;凸、凹模分别用较厚的淬硬垫板支承。6H-7Q图7-45为挤压黑色金属空心件的反挤压模具。该模具的主要特点是:1)采用通用模架,更换凸模、组合凹模等零件,可以反挤压不同挤压件,还可以进行正挤压、复合挤压。2)凸、凹模同轴度可以调整,
35、即通过螺钉和月牙形板调整凹模的位置,以保证凸、凹模的同轴度。3)凹模为预应力组合凹模结构,承受单位挤压力较大。4)对于非铁金属反挤压,其挤压件可能箍在凸模上,因而设置了卸件装置,卸件板做成弯形是为了减少凸模长度。5)因非铁金属挤压力很大,所以凸模上端和顶件器下端做成锥度,以扩大支承面积,并加以厚垫板。6H-7Q图7-46为螺塞径向挤压(冷镦)模具。该模具的主要特点是:1)该模具是以导向套1与组合下模外圈3导向,模具在工作时处于封闭状态,导向套还有安全防护作用。2)上、下模均为预应力组合结构。3)为了保证六角头部成形良好和提高模具使用寿命,坯料体积大于零件体积,多余金属形成飞边,冷镦后切除。6H
36、-7Q二、冷挤压凸模与凹模的设计1.正挤压凸、凹模的设计(1)正挤压凹模正挤压凹模是正挤压模的关键零件。正挤压凹模重要的几何参数如图7-48所示。凹模中心锥角A一般取90126,塑性好的挤压材料可以增大。凹模工作带高度对于纯铝hA=12mm;对于硬铝、纯铜、黄铜hA=13mm;对于低碳钢hA=24mm。凹模型腔的过渡圆角r1最好取(DA-dA)/2,不小于23mm;R=35mm。6H-7Q图7-45反挤压模具1压板2卸件器3卸件板4垫板5凸模6凹模7组合凹模中圈8组合凹模外圈9月牙形板10顶出器11垫块12垫板6H-7Q图7-46径向挤压(冷镦)模具1导向套2组合上模外圈3组合下模外圈4限位套
37、6H-7Q图7-47正挤压凹模6H-7Q图7-48正挤压凹模的几何参数6H-7Q正挤压凸模重要的几何参数如图7-49d所示。凸模的横截面形状取决于挤压件的头部形状,dT等于挤压件头部尺寸并与凹模保持最小间隙等于零的间隙配合。芯轴直径d等于空心件内孔直径。芯轴露出凸模端面长度l1,对于正挤压杯形件,为坯料内孔深度;对于正挤压无底空心件,为坯料高度加上凹模工作带高度。图7-49正挤压凸模(2)正挤压凸模正挤压凸模的结构形式如图7-49所示。6H-7Q2.反挤压凸、凹模的设计(1)反挤压凸模反挤压凸模是反挤压模的关键零件。图7-50钢铁材料反挤压凸模6H-7Q图7-51纯铝反挤压凸模6H-7Q图7-
38、52凸模工作端面的工艺槽形状6H-7Q图7-53反挤压凹模(2)反挤压凹模反挤压凹模的结构形式如图7-53所示。6H-7Q3.冷挤压凸、凹模工作部分横向尺寸的计算反挤压凸、凹模工作部分横向尺寸计算方法如下:当零件要求外形尺寸时DA=(Dmax-0.75(7-9)dT=(DA-1.9(7-10)6H-7QDA=(dT+1.9(7-12)式中 DA冷挤压凹模的基本尺寸(当采用组合凹模时,应增加(0.0050.01)DA的收缩量);dT冷挤压凸模的基本尺寸;Dmax挤压件外形最大极限尺寸;dmin挤压件内形最小极限尺寸;A、T分别为凹、凸模制造公差(取A=T=(1/51/10);挤压件壁厚;当零件要
39、求内形尺寸时dT=(dmin+0.5(7-11)挤压件公差。6H-7Q三、预应力组合凹模的设计由挤压凹模侧壁受力分析和实践证明,增大凹模壁厚,能提高凹模强度,但壁厚增大到一定程度后,不宜再用增加壁厚的办法,而要用预应力组合凹模结构(图7-54b图 7-54d)。根据理论分析,对于同一尺寸的凹模,两层组合凹模的强度是整体式凹模的1.3倍,三层组合凹模的强度是整体式凹模的1.8倍。6H-7Q图7-54冷挤压凹模结构图7-55各种形式凹模的许用单位挤压力与直径比的关系(对于整体式凹模a=d2/d1,见图7-54a;对于双层凹模a=,见图7-54b;对于三层凹模,a=,见图7-54c)6H-7Q图7-55各种形式凹模的许用单位6H-7Q表7-6组合凹模预应力圈的直径与过盈量6H-7Q第八节温 热 挤 压6H-7Q温热挤压有很多优点,它的加工温度一般不超过再结晶温度,既降低了变形抗力,又不至于严重氧化、脱碳。产品的公差等级和表面粗糙度及力学性能与冷挤压相近,而比热挤压高。温挤温度较高时,坯料或工序件不需要去应力退火和磷化处理,便于组织连续生产,且可以顺利地成形一些非轴对称的零件。
