矩形喇叭冷擠工藝改進

摘要：文章通過對矩形喇叭的冷擠工藝改進，最終加工出符合圖紙要求的零件。針對冷擠工藝中存在的問題，進行了潤滑試驗、金屬流動試驗及毛坯形狀試驗，確定了加工時使用的潤滑劑和毛坯形狀，在金屬流動分析的基礎(chǔ)上，對成形模具進行了改進，達到了改進工藝的目的。采用改進后的工藝方法，加工出了符合設(shè)計圖紙要求的零件。

關(guān)鍵詞：冷擠工藝；工藝試驗；金屬流動；改進

中圖分類號：TH162+.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006—8937（2012）23—0107—02

矩形喇叭是我公司某產(chǎn)品中的關(guān)鍵零件，零件下部為一長方體，上部為四棱梯形喇叭狀，如圖1所示。該零件材料為鋁合金3A21，形狀復(fù)雜，冷擠工藝性差，加之直壁上有兩個深1 mm、寬7 mm的槽，更給冷擠工藝造成了困難。存在的主要問題為：兩斜面材料有疊加現(xiàn)象；表面粗糙度Ra達不到0.8；潤滑劑不夠理想；易出現(xiàn)粘?，F(xiàn)象等，致使零件合格率低，難以保證產(chǎn)品性能要求。針對上述問題，經(jīng)過反復(fù)的工藝試驗，對成形工藝進行了改進，最終成形的零件達到了設(shè)計圖紙的要求。

1 冷擠工藝試驗

針對該零件成形過程中存在的問題，我們從三個方面進行了工藝試驗。

1.1 潤滑試驗

我們共配制了八種潤滑劑，分別進行了工藝試驗，試驗結(jié)論如下：

通過對八種配方的試驗對比，確定了較為理想的配方，它不僅使成形零件形狀穩(wěn)定，而且消除了粘模現(xiàn)象，除兩斜面有疊層外，其它部位表面粗糙度均達到了要求，為阻止斜面材料材料過快地流動，毛坯斜面不涂抹潤滑劑，成形效果較為理想。

1.2 金屬流動試驗

為找出斜面疊層現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，對原毛坯上表面、一側(cè)面及斜面畫出坐標網(wǎng)格，并分階段調(diào)整對模深度，由淺入深，通過觀察各個階段零件金屬流動情況，我們發(fā)現(xiàn)由于毛坯上有一拐角處，材料的流動不暢，斜面疊層由喇叭狀的拐角處材料流動成形，此外，喇叭斜面材料流動快，兩直壁流動慢，又在兩直壁形成了疊層，根據(jù)試驗情況，我們認為毛坯形狀需作改進。

1.3 毛坯形狀試驗

①為清除斜面上的疊層，在原毛坯基礎(chǔ)上增加了下直面的高度，如圖2所示，目的是使疊層流到斜面上部的直面上，但由此大大增加了材料的變形量和變形力。

②選用長方體毛坯，如圖3所示，冷擠后型腔質(zhì)量好，疊層消失，但毛坯在凹模內(nèi)呈懸臂狀，上半部呈自由狀態(tài)，凸模下壓力不均，容易折斷凸模。

③通過對以上兩種毛坯冷擠零件的對比及對材料流動情況的分析，決定將毛坯形狀改為梯形，見圖4，并重新設(shè)計凹模，冷擠后效果較為理想，材料流動均勻，斜面的表面粗糙度Ra達到了0.4，兩直壁疊層消失，完全達到了設(shè)計圖紙所要求的精度。三種毛坯的寬度均為26.5。

2 金屬流動分析

在冷擠工藝中，掌握金屬流動的規(guī)律，是解決冷擠中出現(xiàn)問題以及冷擠成功的關(guān)鍵，根據(jù)金屬的流動試驗，分析毛坯擠壓零件斜面形成疊層的原因，該零件的擠壓過程可分為以下幾個階段：

第一階段，凸模進入材料深度為11.2 mm之前（11.2mm為冷擠凸模下方長方體的高度），當凸模壓緊金屬材料時，靠近下端的極小部分金屬材料，緊貼在凸模頂端上，呈倒四棱臺形，稱為粘滯區(qū)。這部分材料在整個冷擠中不流動，在該區(qū)的下面，材料受壓向上流動，為強烈變形區(qū)，凸模下行，材料上流，在兩側(cè)直面上凸凹模間隙始終相等，為2 mm，材料按一般反擠流動規(guī)律，沿凸凹模間隙向上運動，而在斜面上，隨著凸模下行，其凸凹模間隙是由大變小，材料只在軸向受壓，在徑向受約束力很小，按照最小阻力定律，材料自由外溢，因兩側(cè)直面凸凹模間隙小于斜面上的凸凹模間隙，造成金屬流動在側(cè)直面和斜面上速度不同，使側(cè)直面材料對斜面材料產(chǎn)生一個附加拉應(yīng)力，斜面中間材料比其兩邊流動略快，使斜面材料在流動過程中出現(xiàn)彎曲（圓弧狀），斜面內(nèi)腔凹陷，即出現(xiàn)近似橢圓形凹坑，毛坯拐角線整體上移4。

第二階段，當凸模進入材料深度超過深度11.2 mm時，在直面部分，隨著凸模下行，凸模上高1 mm寬7 mm的凸耳接觸材料，使得該部位材料流速受到嚴重阻礙而變慢，凸耳兩側(cè)的材料繼續(xù)以原流速向上運動，流速的不協(xié)調(diào)可造成中間凹陷，轉(zhuǎn)角處撕裂現(xiàn)象，而此時側(cè)直面間隙仍小于斜面間隙，第一階段現(xiàn)象仍然存在，所不同的是橢圓形凹坑漸漸變淺、變扁，同時隨上流金屬延斜面上移。

第三階段，隨著凸模繼續(xù)下行，斜面上凸凹模間隙繼續(xù)變小，開始了真正的冷擠變形，斜面凹坑和毛坯拐角處的金屬流到了斜面的中心部位，結(jié)束了整個冷擠過程，故在斜面內(nèi)、外處形成了疊層。

針對以上冷擠缺陷，我們從兩方面著手解決：在兩側(cè)面上增加凸凹模間隙t=3 mm，改用形狀二的毛坯。

這樣使得側(cè)直面與斜面流速均勻，消除了附加拉應(yīng)力，改變了原有金屬流速的不協(xié)調(diào)，使原有金屬復(fù)雜的流動呈反擠壓正常流動，從而消除零件斜面的疊層。

3 模具的改進

根據(jù)金屬流動試驗及金屬流動分析的結(jié)果，在原模具結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對模具進行了改進，重點對凹模形狀和尺寸進行了改動，增加了成形通孔，改進后的結(jié)構(gòu)完全滿足了零件加工精度的要求，也加工出了符合設(shè)計圖紙要求的零件。

4 結(jié) 論

①本文對零件成形過程中的斜面材料疊加現(xiàn)象的理論分析為零件成形奠定了一定的基礎(chǔ)。

②本文針對某產(chǎn)品四棱臺狀零件鈑金加工中存在的問題，進行了潤滑、金屬流動及毛坯形狀三項工藝試驗及模具改進，通過試驗摸索出了可行的工藝方法及過程，加工出了符合設(shè)計圖紙要求的零件。

③該工藝方法對類似零件的冷擠加工中潤滑劑的使用、毛坯形狀的選擇等具有一定的參考價值。

參考文獻：

[1] 吳詩惇，何聲健.沖壓工藝學(xué)[J].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，1987.