超長(zhǎng)截面異型T材加工問(wèn)題及解決措施

文／劉占軍 吳素芳 張永統(tǒng)·豫西工業(yè)集團(tuán)有限公司河南江河機(jī)械有限責(zé)任公司

超長(zhǎng)截面異型T材加工問(wèn)題及解決措施

文／劉占軍 吳素芳 張永統(tǒng)·豫西工業(yè)集團(tuán)有限公司河南江河機(jī)械有限責(zé)任公司

劉占軍，助理工程師，主要從事壓力加工行業(yè)模具設(shè)計(jì)工作。

本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，對(duì)超長(zhǎng)截面異型T材加工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析，找出了問(wèn)題產(chǎn)生的根本原因，并針對(duì)性的提出了具體的解決辦法，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)多次、批量生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后的措施能夠有效提高產(chǎn)品的質(zhì)量及成材率。

超長(zhǎng)截面異型T材產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸及主要技術(shù)指標(biāo)

超長(zhǎng)截面異型T材材質(zhì)為T(mén)2，主要技術(shù)指標(biāo)：化學(xué)成分中氧元素的含量≤10ppm，產(chǎn)品平面度≤0.10mm/100mm，端面垂直度≤0.3mm/100mm，密度≥8.89g/cm3，導(dǎo)電率≥99%IACS，機(jī)械性能中產(chǎn)品硬度≥80HB。圖1所示為超長(zhǎng)截面異型T材尺寸。

圖1 超長(zhǎng)截面異型T材尺寸

工藝制定

超長(zhǎng)截面異型T材產(chǎn)品（見(jiàn)圖1），有高度高（120mm）、底面厚度?。?0mm）的特點(diǎn)，外接圓直徑為φ132mm,不能采用連續(xù)擠壓工藝進(jìn)行加工。經(jīng)過(guò)工藝性經(jīng)濟(jì)分析采用臥式熱擠壓加工工藝，具體加工工藝：鑄錠準(zhǔn)備—擠壓—制尖—拉拔—校直—鋸切—檢驗(yàn)—成品包裝。

T型材擠壓過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題

擠壓原理

為了保證擠壓超長(zhǎng)截面異型T材產(chǎn)品表面光潔，內(nèi)部組織質(zhì)致密，采用留壓余和脫皮技術(shù)來(lái)防止鑄錠缺陷和鑄錠加熱過(guò)程中出現(xiàn)的氧化皮。正向脫皮擠壓示意圖如圖2所示。

圖2 擠壓原理圖

正向脫皮擠壓加工是將預(yù)先加熱的銅合金鑄錠放入擠壓筒內(nèi)，生產(chǎn)過(guò)程中擠壓筒固定不動(dòng)，擠壓桿推動(dòng)擠壓墊片、鑄錠向前運(yùn)動(dòng)，鑄錠在擠壓桿壓力的作用下沿著擠壓筒內(nèi)壁向前移動(dòng)，在擠壓筒內(nèi)受到三向壓縮應(yīng)力的作用（即擠壓桿的正壓力、擠壓筒及?？捉佑|面的摩擦力、摩擦力），使鑄錠發(fā)生塑性變形；金屬通過(guò)擠壓?？琢鞒觯瑥亩a(chǎn)生斷面壓縮和長(zhǎng)度伸長(zhǎng)的塑性變形，獲得斷面形狀、尺寸與?？紫嗤闹破?。正向擠壓時(shí)，擠壓制品的流出方向與擠壓桿的移動(dòng)方向一致。

擠壓制品寬度尺寸變小

⑴原因分析：為了保證擠壓超長(zhǎng)截面異型T型材產(chǎn)品表面光潔，內(nèi)部組織致密，超長(zhǎng)截面異型T材擠壓模具采用錐形結(jié)構(gòu)。T型材底面厚度尺寸為10mm,筋處厚度尺寸為14.8mm，擠壓型材過(guò)程中，筋處金屬變形程度小，流動(dòng)速度快；底面金屬變形程度大，流動(dòng)速度慢。由于底面寬度方向金屬流動(dòng)速度慢，影響寬度方向的尺寸，造成超長(zhǎng)截面異型T材寬度方向尺寸偏小。

⑵解決措施：優(yōu)化擠壓模具結(jié)構(gòu)，擠壓模具設(shè)計(jì)采用錐形模具結(jié)構(gòu)，擠壓模具入口角度由沿型30°調(diào)整為在14.8mm處筋部采用阻流角結(jié)構(gòu)，角度為8°；10mm底平面采用促流角結(jié)構(gòu)，角度為30°，入口圓角為R5。如圖3所示。

圖3 擠壓模具結(jié)構(gòu)

擠壓產(chǎn)品筋部及底面缺金屬

⑴原因分析：超長(zhǎng)截面異型T材產(chǎn)品筋部轉(zhuǎn)角位置應(yīng)力集中，筋部轉(zhuǎn)角長(zhǎng)時(shí)間在高溫、高壓作用下，筋部轉(zhuǎn)角位置擠壓模具容易受熱變形發(fā)生堆積，擠壓坯料缺金屬造成不平整。

⑵解決措施：優(yōu)化擠壓模具尺寸。將擠壓模具筋部改為梯形結(jié)構(gòu)，從超長(zhǎng)截面異型T材筋部頂端到筋部轉(zhuǎn)角位置尺寸依次增加，筋部頂端位置尺寸為18.4mm,轉(zhuǎn)角位置尺寸為18.9 mm，筋部轉(zhuǎn)角位置尺寸比頂端位置大0.5mm。將底面修整為圓弧，底面中間位置比兩端尺寸大0.6mm。擠壓模具尺寸如圖4所示。

圖4 擠壓模具尺寸

調(diào)整模墊結(jié)構(gòu)，增加模具強(qiáng)度。將模墊孔型由圓形調(diào)整為T(mén)形結(jié)構(gòu)。模墊T形工作面尺寸比擠壓模具出口單邊尺寸大2mm。如圖5所示。

圖5 擠壓模墊

超長(zhǎng)截面異型T材拉伸過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題

拉伸是最常用的金屬塑性加工方法。拉伸過(guò)程是金屬在拉伸小車(chē)?yán)炝ψ饔孟?，通過(guò)斷面逐漸減少的拉拔?？准庸ぎa(chǎn)品的過(guò)程。在拉伸過(guò)程中，坯料的橫截面積減小而長(zhǎng)度增加。在這一過(guò)程會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成如下的缺陷。

制頭后產(chǎn)品拉伸過(guò)程中頭部斷裂

原因分析：為了保證超長(zhǎng)截面異型T材產(chǎn)品能夠順利通過(guò)拉拔模具，采用傳統(tǒng)炭火加熱+鍛打成形的方式進(jìn)行制尖，由于炭火加熱的作用，降低了超長(zhǎng)截面異型T材制尖位置的硬度，拉伸過(guò)程中尖部受力發(fā)生斷裂。

解決措施：優(yōu)化制尖工藝，設(shè)計(jì)制尖輔具，采用沖裁+冷鍛的方式進(jìn)行制尖，增加尖部硬度。在400t油壓機(jī)上設(shè)計(jì)專(zhuān)用的沖裁工裝將超長(zhǎng)截面異型T材筋部?jī)蓚?cè)底面厚度10mm，長(zhǎng)度80～100 mm的位置裁掉（具體截面形狀見(jiàn)圖6），只保留筋部位置，冷鍛筋部位置使其能順利通過(guò)制尖輔具。

圖6 制尖示意圖

拉伸過(guò)程中模具破碎

原因分析：原有超長(zhǎng)截面異型T材拉伸模具選用硬質(zhì)合金拉拔模具，模具材料外套選用45#鋼，芯部材料選用YG8硬質(zhì)合金，熱處理硬度可以達(dá)到85～90HRC。超長(zhǎng)截面異型T材拉伸過(guò)程中底面位置懸空進(jìn)入模具，容易發(fā)生受力不均勻，造成拉拔模具破碎，增加加工成本。

解決措施：優(yōu)化拉拔模具結(jié)構(gòu)，拉拔組合模具外套選用45#鋼，芯部材料選用Cr12MoV,芯部材料有良好的韌性和耐磨性，外套熱處理硬度為220～250HB,外套與模芯紅裝，紅裝過(guò)盈量為0.25～0.35mm。模套外側(cè)用擋板將模芯固定，模具結(jié)構(gòu)如圖7所示：

圖7 拉拔模具

結(jié)束語(yǔ)

⑴通過(guò)調(diào)整擠壓模具入模角度，解決了超長(zhǎng)截面異型T材擠壓過(guò)程寬度尺寸偏小的問(wèn)題。

⑵通過(guò)優(yōu)化擠壓模具結(jié)構(gòu)，調(diào)整擠壓模具尺寸，增加沿型模墊的措施，解決了超長(zhǎng)截面異型T材擠壓過(guò)程筋部及底面缺金屬的問(wèn)題。

⑶通過(guò)優(yōu)化制尖工藝，解決了超長(zhǎng)截面異型T材拉伸過(guò)程經(jīng)常斷尖的問(wèn)題。

⑷通過(guò)調(diào)整拉伸模具結(jié)構(gòu)，解決了超長(zhǎng)截面異型T材拉伸過(guò)程模具破碎的問(wèn)題。

上述措施對(duì)超大截面異型T材的生產(chǎn)具有一定的實(shí)用價(jià)值并可產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)特殊異型銅材今后的工藝、模具設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值，可供廣大同行借鑒。