一種冷擠壓中軸檔的模具設(shè)計(jì)方法

鄭傳現(xiàn)

（安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程系，安徽 合肥231603）

1 冷擠壓成形工藝方案的分析

中軸檔是某產(chǎn)品的一個(gè)重要零件，該零件材料為低碳鋼B2，產(chǎn)品精度要求較高。原材料用棒料，毛坯經(jīng)過鐓粗和沖孔，最后通過正擠壓成形該零件，該工藝盡管能保證毛坯尺寸，但工序多，加工工藝復(fù)雜，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，金屬切削余量大，而且產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；采用板料毛坯，通過正擠壓成形該零件，該工藝不僅能保證毛坯尺寸，而且工序少，加工工藝簡單，節(jié)約材料，提高零件生產(chǎn)效率，降低零件生產(chǎn)成本，便于大批量生產(chǎn)。

通過以上分析比較，決定采用板料毛坯冷擠壓成形中軸檔的工藝方法。中軸檔冷擠壓毛坯如圖1所示。

圖1 冷擠壓毛坯圖

2 冷擠壓工藝設(shè)計(jì)計(jì)算

2.1 冷擠壓變形程度

冷擠壓變形斷面縮減率的計(jì)算公式為［1］：

計(jì)算冷擠壓變形斷面縮減率，得：

由文獻(xiàn)［2］可知，對(duì)B2鋼，冷擠壓許用變形程度［ψ］＝65%～70%，擠壓變形程度小于許用變形程度。所以，可以一次冷擠壓成形。

2.2 毛坯尺寸的確定

中軸檔冷擠壓毛坯總體積是根據(jù)零件的冷擠壓毛坯圖計(jì)算，通過計(jì)算得總體積為：V0＝3 792mm2；毛坯直徑略小于冷擠壓件的外徑，故選用毛坯直徑為?33.5mm，內(nèi)孔直徑取?10mm，如圖2所示，毛坯的厚度（高度）用下式計(jì)算為：

故選用毛坯厚度為5mm的鋼板。

圖2 擠壓前毛坯

3 毛坯的制備處理

毛坯在擠壓變形前，必須進(jìn)行軟化退火和潤滑處理。

3.1 毛坯的軟化退火處理

毛坯在冷擠壓前，需要進(jìn)行軟化退火處理，其目的是降低毛坯材料硬度，提高塑性，降低變形力，其毛坯軟化退火規(guī)范如圖3所示，經(jīng)軟化退火處理后的毛坯硬度為110～120HB。

圖3 軟化退火規(guī)范

3.2 毛坯的潤滑處理

良好的潤滑條件可以降低擠壓力、提高零件的表面質(zhì)量、提高模具使用壽命，所以，在冷擠壓前毛坯必須進(jìn)行潤滑處理。中軸檔毛坯擠壓時(shí)，由于接觸表面的單位壓力很高，采用一般的刷涂潤滑劑的方法，潤滑劑很容易被擠掉，不能起到潤滑作用，采用磷化—皂化處理，能夠滿足上述要求。因?yàn)榱姿崽幚恚菇饘俦砻嫘纬梢粚硬蝗苄缘慕饘倭姿猁}薄層〈簡稱磷化層〉，呈片狀結(jié)構(gòu)磷化層是多孔的，它吸附在金屬表面上，能儲(chǔ)存潤滑劑，保證在高壓下擠壓毛坯與模具隔離。其表面處理過程：化學(xué)去油—熱水清洗—冷水清洗—酸洗—冷水清洗—中和處理—冷水清洗—磷化處理—熱水清洗—皂化處理—烘干。

4 模具設(shè)計(jì)

4.1 模具結(jié)構(gòu)

根據(jù)中軸檔冷擠壓毛坯圖，設(shè)計(jì)了中軸檔冷擠壓模，如圖4所示。

圖4 擠壓模

4.2 凹模設(shè)計(jì)

凹模是與冷擠壓毛坯接觸、直接參與冷擠壓變形過程、執(zhí)行冷擠壓成形加工的最重要關(guān)鍵零件。凹模受力極其復(fù)雜，工作條件極其惡劣，為避免應(yīng)力集中的現(xiàn)象，不同直徑的連接，必須圓弧過渡，光滑連接，不允許有刀痕，內(nèi)表面要研磨拋光。只有正確合理設(shè)計(jì)凹模，才能滿足中軸檔擠壓毛坯的順利成形。該冷擠壓凹模采用組合凹模結(jié)構(gòu)，這樣不僅提高了凹模強(qiáng)度，減少了模具鋼消耗，而且模具制造時(shí)加工方便。設(shè)計(jì)的冷擠壓凹模如圖5所示。

內(nèi)模選用Cr12MoV材料，熱處理達(dá)到61～63 HRC；外套選用45鋼材制造，熱處理達(dá)到45～50 HRC。在設(shè)計(jì)冷擠壓凹模時(shí)，為保證中軸檔冷擠壓R5處的順利成形，避免該處在冷擠壓時(shí)產(chǎn)生負(fù)壓，造成金屬?zèng)_填不滿，因此要在凹模上開有出氣孔。

4.3 凸模設(shè)計(jì)

在擠壓過程中，凸模要承受一個(gè)很大的軸向壓應(yīng)力，因此，不允許有任何應(yīng)力集中的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)的冷擠壓凸模如圖6所示。

冷擠壓凸模選用GCr15材料制造，熱處理達(dá)到58～60HRC。GCr15雖然是一種含合金成分較低的鋼材，具有較高的抗壓強(qiáng)度，制造成本低，使用壽命較高，使用效果很好。

5 結(jié)束語

采用冷擠壓工藝生產(chǎn)中軸檔零件，減少了機(jī)加工序，提高了生產(chǎn)效率，零件表面粗糙度低，零件尺寸精度高，同時(shí)，節(jié)約原材料，降低生產(chǎn)成本，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效率和社會(huì)效益。

圖5 冷擠壓凹模

圖6 冷擠壓凸模

［1］楊長順.冷擠壓模具設(shè)計(jì)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1994.

［2］余承輝，吳耀華.中軸螺帽沖擠加工工藝［J］.熱加工工藝，2010，39（23）：239－241.

［3］胡鋒濤，周杰，周亮.氧槍噴頭熱擠壓成形工藝研究［J］.熱加工工藝，2008，37（13）：63－65，69.

［4］湖南省機(jī)械工程學(xué)會(huì)鍛壓分會(huì).沖壓工藝［M］.長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1984.

［5］楊長順.冷擠壓工藝實(shí)踐［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1984.