圆形凸台件的冷挤压工艺及模具设计

5 结语
详细介绍了此类零件冷挤压工艺及模具设计计 算, 对与批量较大零件表面质量和污染层要求高时, 采用冷挤压工艺明显优于机械加工工艺. 冷挤压工
参考文献:
[ 1] 冷压冲模设计编写 组. 冷压冲 模设 计[ M ] . 北京: 第 四 机械工业部标准化所, 1981: 369- 394.
[ 2] 洪慎章. 冷挤压实用技术[ M ] . 北京: 机械工业 出版社,
检查结果 实物 H RC59 实物 39/ #30 试棒 H RC43 实物 1500 M P a 实物 1280 M P a 实物 10% 实物 48. 5% 实物 72 J/ 69 J( 平均/ 最小值)
单项判定 合格 合格
合格
有效硬化层深度 1. 7~ 2. 5 mm
实物 1. 8 mm
4
金相组织 马氏体及少量残余奥 氏体 # 25% , 且细 实物 1 级( # 5% ) 小弥散
Cold Extrusion Process and Die Design of Cups with Bosses
ZH A N G Fu l e
( K aifeng Co mbine Co. Lt d. , K aifeng 475002, China)
Abstract: Cold ex trusion pro cess and machining process fo r the cup w ith bo sses are compared. T he co ld ex trusio n process for the cup w ith bosses is analyzed. T he pr ocess difficulties are descr ibed. T he pr ocess design, blank size calculatio n and sof t ening , punch and cavity die desig n, ent ire design of the die are described in deta il. T he advantages o f cold extr usion process for the cup w it h bosses are intr oduced.
2005: 95- 97.
参考文献:
[ 1] 陈国民. 论我国渗碳 齿轮制 造中的 若干问题 [ C] . 2007 年长春齿 轮 渗碳 淬 火 技 术专 题 研 讨 会 论文 译 文 集,
2007: 1- 38. [ 2] 林太军, 薄壁渗 碳淬火 齿轮断 裂原因 分析及改 进措 施
[ J] . 机械传动, 2006, 30( 1) : 79- 80.
通过以上工艺制造所得主动齿轮性能检测结果
大。整体加热组装方式提高了齿轮与轴的同轴度。 见表 3。
在加工和组装过程中, 要求配合面的实际接触
表 3 齿轮性能检测结果
T able 3 T est results of g ear perfo rmance
序号 1 2
3
名称 表面硬度 心部硬度
机械性能
质量标准 H RC58~ 62 H RC38~ 45 b ∀1180 M Pa s ∀830 M Pa ∃5 ∀7% %∀ 35 % 冲击韧性 ∀41 J
碳化物级别 # 2 级
实物 1 级
合格
由表 3 可以看出, 齿轮的表面硬度、心部硬度、 车上, 运行效果良好, 早期断裂失效的问题得到很好
机械性能等均达到了规定要求。
的解决。
3 结语
通过分析齿轮早期破断失效的原因, 提出了提 高薄壁主动齿轮性能的工艺改进方案。并在现场生 产中通过对关键工序进行质量控制, 确保了薄壁主 动齿轮的制造质量。以上的工艺改进方法实际用于 薄壁主动齿轮的制造, 并将其换装或装配到重载机
g/ L 溶液中, 取出冷水冲 2 次。
3) 表面磷化处理
磷酸二氢锌 Zn( H 2 PO 4 )
28 g/ L
磷酸 H 3 PO 4
3 g/ L
铬酐 CrO 3
10 g/ L
十二醇烷基硫酸钠
0. 5 g / L
水 H2O
处理温度
55~ 60
处理时间
2~ 3 m in
4) 试验结果表明磷化处理+ 工业菜油作为润
收稿日期: 2009 03 11 作者简介: 张福乐( 1963- ) , 男, 安徽安庆人, 工程师, 主要从事塑胶模具设计与制造、五金模具设计与制造方面的研究工作。
66
精密成形 工程
2009 年 09 月
1 产品分析
1. 1 产品特点
产品内部有两个凸台和一个凹坑这是该零件冷 挤压工艺过程中要克服的难点, 凸台不容易充满, 凹 坑的立边不容易直角, 同时两个凸台之间的模具部 分容易受大的应力而产生裂纹, 为节约材料, 要求冷 挤压后本体外形与内腔都不加工, 只加工端面及车 螺纹。
毛坯在挤压前必须进行软化处理, 目的是降低 毛坯材料的硬度, 提高塑性, 消除内应力, 得到良好 的金相组织, 以降低冷挤压变形力, 提高模具寿命。 铝合金毛坯软化处理规范如图 2 所示。
图 2 处理规范 Fig . 2 Pr ocessing specif ication
热处理后的硬度为 H B15~ 25。 2. 3. 3 毛坯表面处理及冷挤压润滑剂的选择
2. 2 零件反挤压的变形程度及变形力的计算
=
d
2 1
d
2 0
100% = 75
查资料, 许用的 为 70~ 90 , 因此可以一次反
挤压完成, 根据零件的形状和材料的特性采用一次
反挤压工艺。
冷挤压变形力 :
P = FT Z n b = r 2 Z n b = 120 ( t )
式中: FT 为凸模工作部分的横截面积; Z 为模具的
第1卷 第2期 2009 年 9 月
精密成 形工程
JO U RN A L O F N ET SH A PE FO RM IN G EN GI NEERIN G 65
圆形凸台件的冷挤压工艺及模具设计
张福乐
( 开封联合收割机厂, 河南 开封 475002)
摘要: 对圆形凸台件的冷挤压工艺与机械加工工艺进行了比较, 对圆形凸台件进行了冷挤压工艺分析,
1. 4 工艺分析
机械加工工艺的路线为: 备料- 车端面及车螺 纹- 车内形- 车外形( 粗车和精车) - 倒圆弧- 切断 - 加工中心加工凸台及凹坑- 冲方孔- 氧化。此工 艺的路线比较长, 材料利用率低, 且需加工中心, 外 形需精车, 成本高。
经分析计算得出的冷挤压工艺的路线为: 备料 - 下料- 前处理- 冷挤压- 车端面及车螺纹- 冲方 孔- 氧化。此工艺的路线比较短, 效率高, 材料利用 率高, 有利于大批量生产。
形状系数, 查资料, 取 Z= 1. 2; n 为变形程度系数,
查资料, 取 n= 5. 0; b 为抗拉强度, 查资料, 取 b=
20 。
2. 3 毛坯的制备及处理
2. 3. 1 下料 冷挤压毛坯的制备有 3 种方法, 分别是: 截切棒
料( 或管料) 、冲裁模冲裁板料、切削方法切削棒料, 其各有优缺点, 综合生产效率、材料利用率及毛坯质 量, 选择冲裁模冲裁板料的方法下料。 2. 3. 2 毛坯软化处理
( 下转第 75 页)
第1卷 第2期
李六如: 薄壁主动齿轮失效分析及工艺改进
75
点是在组装过程中齿轮受热均匀, 变形一致; 避免了 面积要大于 80% 以上, 配合表面粗糙度为 Ra 0. 8~
局部温度过高造成的齿轮局部变形过大, 从而使得 0. 4, 并确保配合表面的清洁。
齿轮与轴配合时, 过盈量过大引起齿根表面拉应力
叙述了工艺难点, 详细叙述了圆形凸台件冷挤压工艺的工序设计、毛坯计算、毛坯软化处理、凸、凹模的设计
及模具整体设计、介绍了圆形凸台件的冷挤压工艺的优越性。
关键词: 圆形凸台件; 冷挤压工艺; 预应力组合凹模; 模具结构
中图分类号: T G376. 3
文献标识码: A
文章编号: 1674 6457( 2009) 02 0065 03
4 模具的整体设计
依据零件的特点及要求采用一次反挤压工艺, 其模具结构如图 5 所示, 模具由上、下两部分组成,
图 3 凸模 F ig. 3 Punch
3. 2 凹模的设计
由于冷挤压时凹模承受很大的载荷, 采用预应 力组合凹模来提高承载能力, 选用优质的合金材料 和特殊的热处理工艺。组合凹模的层数与挤压力有
采用机械加工工艺, 其材料消耗为 97. 5 g/ 件, 加工费用为 14. 5 元/ 件; 采用冷挤压工艺其材料消 耗为 32. 2 g/ 件, 加工费用为 4. 5 元/ 件。为了节约 成本, 提高产品的竞争力, 决定采用冷挤压工艺进行 生产。
图 1 产品零件 Fig. 1 P roduct dr awing
( 上接第 67 页) 依靠导柱。导套完成导向, 毛坯依据定位圈定位, 挤 压完成后模具的顶杆在机床顶出机构的作用下将零 件顶出凹模, 考虑挤压完成后工件有被凸模带出的 可能性, 故模具设计了卸料装置[ 2] 。
艺的优点是: 尺寸精度高, 一致性好, 表面质量好, 生产效率高, 材料的晶粒度不发生改变, 零件无污 染, 材料不经切削加工金属流线好, 具有很好的经 济和社会效益。
Key words: cup w it h bosses; cold ex trusio n techno lo gy ; prestr essed co mbined cav ity die; die structur e
某产品有一圆形凸台件, 如图 1 所示。凸台件 材料为铝, 表面后处理为氧化, 内孔表面粗糙度要求 不高, 产品精度要求比较高, 产品初期生产采用机 械加工工艺, 材料利用率低, 加工生产效率低, 成本 高, 工序流程长, 不利于大批量生产。
滑剂, 表面粗糙度最好可以达到 1. 6 以上。
3 冷挤压凸模及凹模的设计
3. 1 凸模的设计
凸模相对有效长度 L / d 小于 7~ 10, 不能有棱 边棱角, 如图 3 所示。
图 4 组合凹模 F ig . 4 Co mbined cav ity die
3. 2. 2 径向过盈量( 双向) U 的确定 查阅相关资料及相关数据。 U = ∀2 d2 = 0. 0085d2 = 0. 5
2 冷挤压工艺计算
2. 1 毛坯尺寸计算
由于三维软件的广泛应用, 利用其计算功能可 以精确计算出零件( 含端面的加工余量) 的体积 V = 11103 mm3, 取毛坯的高度 h0= 10 mm。根据挤压 前后毛坯的体积不变的原则计算出毛坯的外径:
d0 =
3.
4V 14h
0
=
32 .
百度文库
2
mm
取 d0 = 32 m m。
3. 2. 3 组合凹模的材料选择及热处理 外层预 应 力 圈 选 用 5CrNiM o, 热 处 理 硬 度
H RC40~ 45。 凹模选用 W18Cr4V, 热处理硬度 HRC60~ 64。 凹模热处理规范为: 1260 ! 10 ( 高温淬火) +
560 1. 5 h 两次回火+ 氧氮共渗[ 1] 。
毛坯表面处理及冷挤压润滑剂的选择是冷挤压 工艺的关键, 对毛坯表面进行处理可以产生一层能 够储存润滑剂的多孔薄膜, 处理过程如下。
第1卷 第2期
张福乐: 圆形凸台件的冷挤压工艺及 模具设计
67
1) 去油。汽油洗- 热水洗( 60~ 100 ) - 冷水
冲。
2) 去氧化皮。将毛坯放入工业销酸 400~ 800
关, 综合考虑选两层组合凹模, 如图 4 所示。 3. 2. 1 两层组合凹模各圈直径的确定
查阅相关资料及经验数据
d d
3 1
=
!3 ,
!为 4~ 6, 取 !3 =
4,
d3=
4d1 =
110
d d
2 1
=
!2 =
0. 2!3 +
1=
1. 8
d2 = 50
图 5 装配 F ig . 5 Assembly draw ing
1. 2 需解决的关键技术问题
1) 细长凸模的根部断裂和前端凸台局部断裂; 2) 凸、凹模材料的选择及热处理; 3) 凸、凹模的结构设计及计算; 4) 毛坯尺寸的确定; 5) 毛坯的前处理及润滑剂的选择。
1. 3 材料的选择
零件后续工序需氧化处理, 综合材料的塑性及 氧化性能两方面, 选择 6063 铝。