汽车异形齿类零件复合挤压成形技术的优化

上，再增加一定的加工余量，一般为０．６～０．８
ｍｍ，同时该段也需加工成有角度≯的拔模斜度。 ２．３挤压凸模优化设计 采用图４所示的原平底凸模结构，成形挤压 力将高达１ ９００～２
０００
（ａ）原坯料
ｍ）改进优化后坯料
图５坯料简图
如前所述，采用改进的凸模和坯料，能降低 挤压力，轮毂的齿形更容易成形和充满，提高金 属材料利用率和生产效率。
图４凸模简图
因此，在凹模型腔尺寸设计确定时必须考虑这
些差异，这样可省去工件齿形校形的工序。 （Ｉ）对于上凹模，其工作段型腔（即用于成 形轮毂齿形的部分）各直径尺寸的取值，是在产 品各相应直径名义尺寸的基础上再减小０．２５ ｍｍ左右，各齿厚尺寸则在产品各相应齿厚名义
３坯料改进优化
坯料若采用如图５所示的实心圆柱状坯 料，则凸模应采用图４所示的平底凸模，这样不 但成形挤压力很大，而且轮毂的齿形不容易成
关键部件有许多，而离合器就是其中之一。随 着汽车工业的不断发展，越来越多的汽车上使 用形状结构复杂，但却能提高汽车性能的零件。 现在不少汽车的离合器中使用了如图１、２所示 的轮毂类零件。该轮毂类零件的外形由齿形和 燕尾槽组成，而其齿形又分成３种不同形状和
尺寸的异形齿（图１中Ｉ、Ⅱ、Ⅲ３种，其齿形的
宽度、根圆直径不相同，位置是不对称的）。如
容易破裂或缺损，从而造成模具损坏报废。为 了降低成形挤压力，改善模具寿命，可通过改进 和优化凸模及坯料来实现，后面会分别进行介绍。 （２）过高的成形压力，使得当工件成形结束 时脱模取件的脱模力也较大，造成工件脱模困 难。脱模时工件齿形部分和柄部分别与上、下 凹模表面发生较大的摩擦，易造成工件齿部和
２复合挤压模具优化
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Ｄｉｅ ａｎｄ Ｍｏｕｌｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．５ ２００９
文章编号：１００１—４９３４（２００９）０５—００３４—０４
汽车异形齿类零件复合挤压成形技术的优化
彭树杰，刘玉兰，杜 鹃，张焕莲
（中国兵器工业第五九研究所，重庆４０００３９） 摘 要：分析了汽车零件中１种异形齿形类零件，即离合器轮毂类零件的结构特点及
收稿日期：２００９—０５—０８
本文只就在研究过程中，对部分重点技术与模
具的改进优化进行详尽阐述。
作者简介：彭树杰（１９６６一），男，高级工程师。
万方数据
模具技术２００９．Ｎｏ．５
３５
挤压凹模和凸模的改进优化，下面分别加以阐述。
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２．１挤压凹模结构优化设计
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中图分类号：ＴＧ３７６．３ 文献标识码：Ａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓ
ａ
ห้องสมุดไป่ตู้
ｓｐｅｃｉａｌ ｔｏｏｔｈ－ｓｈａｐｅｄ ｃｌｕｔｃｈ ｈｕｂ ｐａｒｔ ｗｅｒｅ ｃｏｌｄ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｅｘｔｒｕｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ
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一Ｎ １孓
色
前面已经论述到，轮毂零件复合挤压成形 的关键和难点实际就是其齿形的挤压成形，而 齿形挤压成形时，是既有径向成形，又有轴向成 形的１种复合挤压成形技术，因此挤压成形凹 模是１种复合结构凹模，即为这２种挤压成形
乃
图１轮毂零件简图
的凹模形状与结构的组合。该复合结构凹模的 结构简图如图３所示。考虑到复合挤压凹模加 工和损坏后易于更换等的需要，因此将成形凹 模设计成上、下两部分，即成形凹模是由上凹模 和下凹模组合而成。上凹模的型腔是与轮毂零 件齿形形状完全相同的形状，是用来成形轮毂 齿形的。下凹模的型腔为一通孔，其作用是当 轴向挤压成形时，迫使金属材料轴向流动，从而 有利于齿形成形。同时由于在轮毂齿形下端成
２ ｏｏｏ
ｋＮ降低到约ｌ
５００
ｋＮ；脱模力降低４０％
～５０％，从３５０－－．４００ ｋＮ降低到约２００ ｋＮ；凹模 寿命提高１倍以上，从不足１ ０００件提高到
２
０００件以上。 （２）改进优化的复合挤压技术与模具结构，
使轮毂的齿形更容易成形和充满，同时改善了 工件表面质量，提高工件合格率１５％～２５％，降 低废品比例。 （３）由于大幅度减少了零件的加工余量，从 而提高了生产加工的效率。 （４）挤压成形时工件芯部的金属材料被部 分挤出而流向齿形处，因此增加了材料利用率， 节省了金属材料的消耗，降低了原材料成本。
ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｐｕｎｃｈ，ｃａｖｉｔｙ ｄｉｅ ａｎｄ ｂｉｌｌｅｔ ｗｅｒｅ ａｌｌ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ ｖｅｒｉ－ ｆｉｅｄ ｂｙ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｐｅｃｉａｌ ｔｏｏｔｈ・ｓｈａｐｅｄ ｐａｒｔ；ｃｏｌｄ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｅｘｔｒｕｄｉｎｇ ｄｉｅ；
ａｎａ—
ｉｎ ｔｈｅ
ｋｅｙ
ｐｏｉｎｔｓ ｉｎ ｄｉｅ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｏｆ ｔｈｉｓ ｋｉｎｄ ｏｆ ｐａｒｔ ｗｅｒｅ ｅｌａｂｏｒａｔｅｄ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ｉｎ— ｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｎ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ｗａｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｔａｒｇｅ－ ｔｅｄ ｔｏ ｔａｃｋｌｅ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｅｘｔｒｕｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ
其复合冷挤压成形加工工艺的技术难点，详细阐述了此种类型零件复合冷挤压成形技 术的模具设计要点，以及模具的加工、安装和调试。针对现有复合冷挤压成形技术存 在的问题，提出了改进优化的方案，设计了改进优化的凹模、凸模以及坯料，通过试验 验证了优化的效果。
关键词：异形齿形零件；复合冷挤压技术；挤压成形模具；模具优化；试验研究
内孔的上端（约从下凹模高度的１／２处起）设计
并加工成有角度驴的脱料斜度。目的取值以１。 ～２。，驴的取值以０．３。～Ｏ．０为宜，如图３所示。 （３）对于组合式凹模，在挤压成形过程中， 金属材料很容易流人上、下凹模的接缝内，久而 久之就会引起上凹模破裂或缺损，造成模具损 坏报废。为了防止该现象出现或减轻挤压时金 属材料流入上、下凹模接缝内的程度，须使上、 下凹模接触面的宽度不宜超过３ ｍｍ，一般以
４
模具加工
万方数据
模具技术２００９．Ｎｏ．５ 装配后的精度及要求。因此凹模加工时，需按 照以下要求进行： （１）上、下凹模先加工出相同尺寸的内孔， 然后穿在同１根芯轴上同时磨外圆，以保证两 者的同轴度要求以及有相同的轴向（径向）压装 过盈量。 （２）待上凹模与预应力圈压配好后，用高精 度线切割机床加工上凹模型腔达到尺寸等要 求。这里一定要注意：齿形的位置不能搞错，否 则将会严重影响到整个轮毂零件的后续加工。 然后将上凹模型腔的工作表面抛光并修圆。 （３）压出上凹模型腔，再将上、下凹模一起 压配入预应力圈。 （４）最后圆磨下凹模内孔达到尺寸等要求， 钳工加工下凹模入口处圆角并抛光。 （５）凹模材料一般选用较耐压、耐磨的合金 工具钢，如：Ｃｒｌ２ＭｏＶ、６５Ｎｉ等。 对轮毂零件复合挤压成形技术改进优化的 研究和分析，可以得出如下结论： （１）改进优化的复合挤压技术与模具结构， 使挤压成形压力降低２０％～３０％，从１ ９００～ ６
２～３ ｍｍ为宜。在接触面以外使上、下凹模的
拼接平面之间保持０．２～Ｏ．３ ｍｍ的缝隙，接触 面处进行抛光加工，且加工得越光越好。 ２．２挤压凹模型腔优化设计
（ａ）原凸模
（ｂ）改进优化后凸模
工件挤压成形时，金属材料在塑性变形的 同时，也存在着较大的弹性变形，且在成形工件 的不同部位，弹性变形量也有着一定的差异。
（ａ）原挤压工件 ｍ）改进优化后工件
效的，可以应用在实际的生产加工中。图６所 示为冷挤压工件的三维简图。
图６冷挤压工件三维简图
结论
５挤压成形工艺试验
模具安装与调试步骤如下： （１）按照要求依次安装组成挤压成形凸模 和凹模的各个零件，并稍稍紧固紧固螺栓。 （２）调试挤压凸模、凹模和液压机，然后上、 下模合模使其找正，反复如此操作２～３次，最 后拧紧紧固螺栓。 （３）初始试验时采用手动操作，缓慢试压， 然后根据试验的进程和工件的成形状态来决定 是否继续。如一切正常，需要继续压下，则根据 成形件的形状与尺寸判断出进一步的压下量， 相应地减小限位块高度，继续试压。 （４）重复（３）中操作，直至成形工件达到要 求的形状尺寸。 （５）如轮毂成形工件的外形没达到所要求 的形状和尺寸，则可通过调整顶料杆的长度，即 轮毂成形工件柄部的长度来实现。当轮毂成形 工件齿形不饱满或长度不够时，则顶料杆长度 加长；相反，当盘毂成形工件齿形过长时，可将 顶料杆的长度缩短。 试验达到了预期的效果，挤压成形的轮毂 齿形完全达到了客户的要求，说明对轮毂的成 形工艺技术、模具及坯料的优化设计是合理有
ｋＮ。根据轮毂零件中心
部位有一≯２２．８ ｍｍ通孔的特点，将挤压凸模优 化设计成中心有一≯２０ ｍｍ的芯模，如图４所示。 采用此种优化结构的凸模有如下优点： （１）挤压成形时工件芯部的金属材料被部 分挤出而流向齿形处，因此增加了材料利用率， 节省了金属材料的消耗，降低了原材料成本。 对于组合式挤压成形凹模必须采用科学合 理的加工工艺，才能保证其加工精度（包括尺寸 和形位公差等精度要求），进而保证上、下凹模
轮毂零件复合挤压成形模具主要包括挤压 凹模和凸模，因此，模具的改进和优化也就包括
柄部表面拉伤，同时凹模的相应表面也容易粘 料，影响正常使用和模具寿命。为此，需要对凹 模进行一些改进优化。首先，在上凹模型腔的 上端（约从上凹模高度的１／３处起）沿周边设计
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