一字型釬頭一次成型工藝及模具設(shè)計

王富華

（天水風(fēng)動機(jī)械有限責(zé)任公司 技術(shù)中心，甘肅 天水 741020）

0 前言

圖1 所示一字型釬頭，由于損耗大、用量多，是釬具行業(yè)量大面廣的產(chǎn)品。過去釬頭的生產(chǎn)主要采用圓棒料經(jīng)車、銑等切削工藝加工，因外形復(fù)雜，機(jī)械加工難度大，材料利用率低，導(dǎo)致生產(chǎn)成本居高不下。 目前普遍采用擠壓成型，根據(jù)成型溫度的不同可以分為冷擠壓、溫擠壓、熱擠壓。冷擠壓時，零件精度高，但變形抗力大且必須采用后續(xù)退火工序，從而加大了生產(chǎn)成本；溫擠壓成型時將毛坯加熱到某個適當(dāng)溫度（在結(jié)晶溫度以下），其特點(diǎn)是成型壓力低，尺寸精度接近或相當(dāng)于冷擠壓零件，且可連續(xù)生產(chǎn)，但模具存在嚴(yán)重的早期失效現(xiàn)象，模具壽命短；熱擠壓可降低變形抗力， 但零件的表面質(zhì)量和尺寸精度下降，而生產(chǎn)成本較低。根據(jù)情況我公司采用熱擠壓成型。

圖1

1 熱擠壓成型模具的結(jié)構(gòu)及工作原理

因釬頭形狀為上小下大， 為了順利脫模，故采圖2 的結(jié)構(gòu)，其工作過程如下。

首先把模具安裝在壓力機(jī)上，使模具處于開啟狀態(tài)。 把加熱到預(yù)定溫度的毛坯放入凹模型腔，壓力機(jī)下行，帶動沖頭進(jìn)入型腔，金屬坯料在沖頭作用下發(fā)生塑性變形，并充滿型腔。 成型結(jié)束后，沖頭上行，然后啟動頂出氣缸，凹模拼塊在頂桿的作用下向上運(yùn)動，同時凹模拼塊受預(yù)應(yīng)力圈的限制，產(chǎn)生橫向開模，當(dāng)開模距離大于工件直徑后，釬頭即可取出。

2 模具主要零件的設(shè)計

2.1 凹模錐度的確定

圖2

圖3

釬頭擠壓成型模具中， 受釬頭形狀的限制，凹模必須采用半模拼塊結(jié)構(gòu)，才能保證脫模。 在此結(jié)構(gòu)中凹模拼塊與預(yù)應(yīng)力圈的配合錐度α 十分重要。 成型時凹模拼塊受力如圖3 所示，p 為預(yù)應(yīng)力圈作用在凹模拼塊上的脹模力。

垂直于配合面的分力p2=p cosα=N

平行于配合面的分力p1=p sinα

F=f× N=f× p cosα

當(dāng) p1＜ F 即 tgα ＜ f 時，凹模自鎖，凹模拼塊不會上浮。

當(dāng) α 增大，當(dāng) tgα ＞ f 即 p1＞ f，此時，凹模拼塊就會上浮，使凹模拼塊分開，因而產(chǎn)生飛邊，釬頭尺寸也會發(fā)生變化。

當(dāng)凹模為圓錐面時，凹模拼塊上浮后，凹模與預(yù)應(yīng)力圈之間的錐面接觸變成線接觸，凹模拼塊在脹模力產(chǎn)生的彎矩作用下極易斷裂，因此從凹模受力來考慮，角度α 不能取得太大。

查得滑動摩擦系數(shù) f=0.15～0.3， 則 α=9°～17°?？紤]成型設(shè)備的頂出行程和模具的強(qiáng)度，經(jīng)試驗，取α=13°，這樣可以保證順利脫模。

2.2 沖頭

圖4

為了滿足產(chǎn)品形狀的要求， 且便于裝卸，沖頭采用圖4 所示的整體式結(jié)構(gòu)。沖頭經(jīng)過特殊工序處理，以提高沖頭的壽命。

3 止動裝置的設(shè)計

圖5

擠壓成型結(jié)束后，沖頭上行時，釬頭對沖頭的抱緊力過大，就會將凹模拼塊提起，凹模拼塊自動分型，釬頭就抱在沖頭上不能分開。 這樣不但降低工作效率，有時還會讓沖頭報廢，為此我們專門設(shè)計了止動裝置（見圖5），凹模上行時四個止動銷限制了凹模拼塊的橫向開模，依靠下面拉緊塊，凹模不能向上運(yùn)動。 這樣凹模就能夠與工件有效地分開，然后利用頂出裝置將工件從型腔中頂出。

4 釬頭熱擠壓過程

釬頭熱擠壓成型過程如下：

（1）下料。 采用與釬頭圓柱部分直徑相同的圓形棒料作為毛坯，坯料的長度根據(jù)零件的體積確定。

（2）加熱。 將毛坯在中頻爐里加熱到1050±50 ℃。

（3）清除氧化皮。 由于在這個溫度下毛坯表面氧化皮嚴(yán)重，需清除掉毛坯表面氧化皮。

（4） 潤滑。 在沖頭和凹模拼塊上涂抹潤滑劑。

（5）成型并取出釬頭。 毛坯放入凹模后，壓力機(jī)下行，帶動沖頭，擠壓一次成型，自動延遲幾秒后沖頭上行。 頂出氣缸動作，凹模拼塊在頂桿的作用下向上運(yùn)動，因凹模拼塊受預(yù)應(yīng)力圈的限制而產(chǎn)生橫向開模， 當(dāng)開模距離大于工件直徑后，取出釬頭。

5 潤滑劑的選擇

良好的潤滑能降低變形抗力、降低壓力機(jī)設(shè)備噸位，減少模具的磨損，提高表面質(zhì)量。熱擠壓由于溫度過高，潤滑劑首先應(yīng)具有足夠的熱穩(wěn)定性，在高溫下具有良好潤滑效果，其次還應(yīng)有良好的粘附性，在高溫下能均勻粘附在坯料或型腔的表面，不形成堆積。

目前熱擠壓成型所用的潤滑劑種類較多，運(yùn)用在釬頭生產(chǎn)中有的潤滑效果不好，有的使用不方便[1]。通過多次試驗比較，我們配制了一種適合于此類熱擠壓下的潤滑劑。 本潤滑劑系膠體狀，采用高純度石墨微粉，以水為載體，加入適宜的粘結(jié)劑、分散劑、懸浮穩(wěn)定劑及涂膜增強(qiáng)劑。在成型前涂刷在沖頭和型腔表面，可以取得良好的潤滑效果，提高模具的壽命。

6 結(jié)束語

本文中介紹的釬頭熱擠壓成型技術(shù)已在我公司投入使用，實現(xiàn)了批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率和材料利用率都有了顯著的提高， 取得了可觀的效益。

[1]呂炎.鍛壓成型理論與工藝[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991 年：295～298，488～493.