典型螺母冷鐓工藝設(shè)計(jì)

1、典型零件成形工藝 全國(guó)緊固件標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì) 標(biāo)準(zhǔn)宣貫租 2006年11月 一、汽車后輪內(nèi)螺母多工位加工工藝一、汽車后輪內(nèi)螺母多工位加工工藝 介紹介紹 1、工藝分析、工藝分析 此零件為典型的擠壓杯形件，其分 三部分組成：球面凸緣、空心圓柱 及四方尾部。 2、變形工步的設(shè)計(jì)、變形工步的設(shè)計(jì) 此零件采用五工位成形，其工藝流程為： 切料整形鐓平鐓頭精鐓頭及倒角 正反復(fù)合擠壓。（見下圖） 正反復(fù)合擠壓 鐓頭及倒角 鐓頭 鐓平 整形 切料 3、變形特點(diǎn)分析、變形特點(diǎn)分析 3.1、正反復(fù)合擠壓變形程度、正反復(fù)合擠壓變形程度 3.1.1、正擠壓 斷面收縮率F=（1）10026 3.1.2、反擠壓 斷面收縮率

2、F=10010042 3.2、球面凸緣鐓粗、球面凸緣鐓粗 3.2.1、鐓粗變形特點(diǎn) 鐓粗變形一般分為三個(gè)區(qū)域（見上圖） 區(qū)域稱為難變形區(qū)，這是和上下壓頭接觸的區(qū) 域。由于表層受到很大的摩擦阻力，這個(gè)區(qū)域的 單元體都處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，愈接近中心，三 向壓縮程度愈強(qiáng)烈，所以這區(qū)域的變形很小。 區(qū)域?yàn)榇笞冃螀^(qū)，它是處于上、下兩個(gè)難變形 錐體之間的部分（外圍層除外）。這部分受到的 接觸摩擦力的影響已較小，因而水平方向上受到 的壓應(yīng)力較小單元體主要在軸向力作用下產(chǎn)生很 大的壓縮變形，徑向有較大的擴(kuò)展，由于難變形 錐體的擠壓作用，還有向上、下彎曲的現(xiàn)象，這 些變形的綜合，外形出現(xiàn)了鼓形。 區(qū)域是外側(cè)的筒

3、形部分，稱小變形區(qū)。它的外 側(cè)是自由表面，端面摩擦影響又小，因而應(yīng)力狀 態(tài)可看成近似單向壓縮，其變形不大。 3.2.2、鐓粗變形的端面變化 球面凸緣鐓粗工藝方案如下圖所示 球面凸緣鐓粗工藝方案如下圖所示 針對(duì)以上分析，在二序的成形中上端面需預(yù)制出 一定的球面，使其在三序成形時(shí)，金屬在向徑向 擴(kuò)展時(shí)始終保持一弧面，最終與三序上模球面相 吻合。在二序毛坯設(shè)計(jì)中應(yīng)注意上端面直徑的大 小，過(guò)大，會(huì)造成端面尺寸增長(zhǎng)過(guò)快，使金屬還 未來(lái)得及充滿球面頂部就被鐓粗壓縮，致使球面 充不滿；過(guò)小，會(huì)造成在二序成形中，由于球面 變形程度較大，致使外圓鐓粗，球面端面懸空， 無(wú)法得到再一次鐓平，端面留有切斷裂紋，此裂

4、紋會(huì)在下序變形中滑移到球面上。 3.3、中間工位毛坯設(shè)計(jì)、中間工位毛坯設(shè)計(jì) 中間工位毛坯是擠壓前半成品，主要進(jìn)行 材料體積和變形量的分配，為成品擠壓形 狀及尺寸等方面的準(zhǔn)備工作。 3.3.1、中間毛坯設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下問題、中間毛坯設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下問題 1）最大限度滿足擠壓件的質(zhì)量要求； 2）應(yīng)保證充滿難以擠壓到位的局部形狀； 3）避免毛坯呈懸空狀態(tài)，增設(shè)中間變形； 4）中間毛坯錐形的錐度應(yīng)大于擠壓件相應(yīng) 處的錐角，這樣便于錐角毛坯放入凹模， 確保擠壓過(guò)程不致出現(xiàn)多余金屬。 3.3.2、各毛坯間的尺寸配合、各毛坯間的尺寸配合 a、徑向尺寸的配合關(guān)系確定徑向尺寸 配合關(guān)系的原則是：要使毛坯能夠自由放

5、入下道的模腔內(nèi)。在確定各道毛坯尺寸時(shí)， 應(yīng)從成品開始反過(guò)來(lái)進(jìn)行推算。 b、軸向尺寸的配合關(guān)系考慮到成形時(shí)， 將有部分金屬進(jìn)入模腔內(nèi)，使軸向尺寸增 加一高度H。 c、其它尺寸的配合關(guān)系為防止金屬滯 流，中間毛坯的過(guò)渡部位應(yīng)設(shè)計(jì)為錐形。 3.4、原材料要求、原材料要求 原材料選用冷拉圓鋼，由于采用多工位成形，無(wú) 法進(jìn)行中間處理，為便于成形，因此需要嚴(yán)格規(guī) 定原材料的技術(shù)要求。 其要求為： a. 材料表面應(yīng)光滑，潔凈，不允許有任何的裂紋、 氣泡、折疊、皺皮、夾雜和發(fā)紋存在； b. 磷化膜均勻、致密，結(jié)合牢固，厚度在8 14m，表面不得有拉毛、銹蝕等缺陷； c. 硬度不大于HB160，珠光體級(jí)別不小于

6、5級(jí)； 3.5、材料體積計(jì)算、材料體積計(jì)算 運(yùn)用制圖軟件Autocad進(jìn)行精確的1:1繪制 第五工位毛坯立體圖，通過(guò)工具欄查詢可 知體積，當(dāng)然也可分為幾個(gè)簡(jiǎn)單的立體形 狀進(jìn)行組合計(jì)算，得到體積，但運(yùn)用制圖 軟件可以更快捷、準(zhǔn)確，同時(shí)可對(duì)各部分 體積進(jìn)行調(diào)整、編輯，合理設(shè)計(jì)毛坯尺寸。 4、 成形力計(jì)算成形力計(jì)算 4.1、剪切力的計(jì)算 根據(jù)以上設(shè)計(jì)的毛坯預(yù)留間隙，選用ML20Cr， 28.1材料。 剪切力P280KN ML20Cr，硬度160HB，由圖6-31（注：沖壓設(shè) 計(jì)手冊(cè)）查得 材料抗拉強(qiáng)度b550N/mm2 4.2、整形（一序）、鐓平（二序）力的計(jì)算：、整形（一序）、鐓平（二序）力的計(jì)算

7、： 整形力P830 KN 鐓平力P1055KN 鐓粗時(shí)的系數(shù)鐓粗時(shí)的系數(shù)C值值 H1d1C2.4 H10.8d1 C35 注：沖壓設(shè)計(jì)資料圖6-32 鐓粗時(shí)的系數(shù)鐓粗時(shí)的系數(shù)C值值 注：冷鍛手冊(cè)圖2.47 4.3、三、四序成形力的計(jì)算、三、四序成形力的計(jì)算 三序成形力 PFC均0.78535.3621.8595/10001075KN 四序成形力 PFC均0.78535.821.8595/10001082KN 4.4、正反復(fù)合擠壓力計(jì)算：、正反復(fù)合擠壓力計(jì)算： 擠壓力PpF凸模23800.78518.682/1000 660KN 總鐓鍛力P4980 KN， 1 0 F F 5、主要模具設(shè)計(jì)、主要

8、模具設(shè)計(jì) 5.1、切料工位模具設(shè)計(jì)、切料工位模具設(shè)計(jì) 為保證切料質(zhì)量及提高模具使用壽命，切 料方式采用套筒切料，割料模及切刀模均 采用硬質(zhì)合金YG20C材料制造，為避免料 彎而進(jìn)料不暢，將割料模入口處制出一定 的斜度 5.2、一、二、三、四工位模具設(shè)計(jì)、一、二、三、四工位模具設(shè)計(jì) 一、二、三、四工位單位成形力分別為1320 Mpa、 1650 Mpa、1071 Mpa、1071 Mpa，必須采用多 層次組合凹模結(jié)構(gòu)，為方便模具設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化， 統(tǒng)一采用三層組合凹模， 三層組合凹模的最佳設(shè)計(jì)方案是凹模與第一預(yù)應(yīng) 力環(huán)及第二預(yù)應(yīng)力環(huán)同時(shí)屈服，而且要根據(jù)給定 的凹模內(nèi)外徑尺寸來(lái)決定能使容許內(nèi)壓達(dá)到最大

9、 的預(yù)應(yīng)力環(huán)直徑及過(guò)盈量。 6、潤(rùn)滑潤(rùn)滑 為了降低成形時(shí)的單位成形力，提高零件 表面質(zhì)量，延長(zhǎng)模具使用壽命，必須對(duì)成 形毛坯進(jìn)行合理的潤(rùn)滑處理。 對(duì)原材料表面采用磷酸鹽處理，經(jīng)過(guò)這樣 處理的表面形成一層多孔狀的薄膜，具有 良好塑性，可容納一定量的潤(rùn)滑劑，同時(shí) 采用高壓潤(rùn)滑油，在進(jìn)行穿孔擠壓時(shí)，由 于四序毛坯的凹穴存在，形成潤(rùn)滑劑的儲(chǔ) 存窩，提供充分的潤(rùn)滑。 1、螺母熱鐓機(jī)的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)螺母熱鐓機(jī)的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn) 1.1、螺母熱鐓機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 、原材料采用熱軋棒料，省去改拔、退火、磷化等材料改制工序； 、因采用熱鐓加工，材料的變形量范圍大，對(duì)于不同規(guī)格的產(chǎn)品可 以選用同種規(guī)格的材料，大大降低原材料的使用規(guī)

10、格； 采用熱鐓加工變形抗力較小，中間連皮可制得較冷成形薄，沖孔 廢料節(jié)省20左右；較自動(dòng)車加工原材料利用率提高1.6倍； 、熱鐓機(jī)連續(xù)加工，減少冷擠中間退火、磷化等多次往返工序，相 對(duì)于冷擠分序及自動(dòng)車加工生產(chǎn)效率提高58倍； 、可加工冷成形不能加工的形狀復(fù)雜的產(chǎn)品； 、同類產(chǎn)品熱鐓加工比冷鐓加工所需噸位要少1/3。 1.2、螺母熱鐓機(jī)的缺點(diǎn) 、與冷鐓工藝相比，對(duì)模具的機(jī)械性能要求較高，且壽命低； 、由于材料通過(guò)中頻加熱，對(duì)電能的消耗較大，加工環(huán)境較差； 、設(shè)備投資成本較大，外圍輔助設(shè)施復(fù)雜。 熱鐓機(jī)分為主機(jī)及感應(yīng)加熱兩大部分組成，棒料 由棒料冷端上料臺(tái)架的冷料存儲(chǔ)架自動(dòng)進(jìn)入送料 機(jī)構(gòu)，通過(guò)棒

11、料傳送裝置經(jīng)中頻感應(yīng)加熱爐加熱 到設(shè)定溫度進(jìn)入熱鐓機(jī)成型，產(chǎn)品經(jīng)過(guò)切料、鐓 扁、成形、沖孔等工序完成，設(shè)備采用雙滑塊裝 置，將鐓扁與成形、沖孔工序模面分開成90角， 鐓扁后毛坯經(jīng)由具有一定落差的環(huán)行滑道進(jìn)入儲(chǔ) 料區(qū)，然后采用夾鉗傳送到成形、沖孔工序，這 樣的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，可以最大限度的去處加熱所產(chǎn)生 的氧化皮，并防止其進(jìn)入成形模中，避免影響產(chǎn) 品質(zhì)量及降低模具壽命。 3.1、成形毛坯熱鍛件圖的設(shè)計(jì)、成形毛坯熱鍛件圖的設(shè)計(jì) 熱鍛件圖以冷鍛件圖為依據(jù)，但又有區(qū)別，考慮到金屬冷 縮現(xiàn)象，熱鍛件圖上的尺寸應(yīng)比冷鍛件圖的相應(yīng)尺寸有所 增大。理論上加放收縮率后的尺寸按下式計(jì)算： Nn（1+Z%） 式中 N熱鍛

12、件尺寸； n冷鍛件尺寸； Z終鍛溫度下鍛金屬收縮率，鋼一般為1.21.6 加放收縮率時(shí)還應(yīng)主要下列幾點(diǎn)： 、無(wú)坐標(biāo)中心的圓角半徑不放收縮率； 、薄而寬、細(xì)而長(zhǎng)的尺寸部位，因在熱鐓時(shí)冷卻快，收 縮率應(yīng)適當(dāng)減小。 3.2、體積計(jì)算 根據(jù)熱鍛件圖可知，V總V1+V2-V3 3.4、中間毛坯尺寸的設(shè)計(jì) 中間毛坯尺寸的計(jì)算，依據(jù)塑性變形材料體積不 變?cè)瓌t，。 在設(shè)計(jì)毛坯尺寸時(shí)需要特別注意以下幾點(diǎn)： C應(yīng)比B大512，經(jīng)鐓扁后以消除切料造成的外徑變 形，否則會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量； 必須C/Dd1，防止鐓扁坯料經(jīng)滑道時(shí)翻轉(zhuǎn)，造成卡料。 如以上條件不滿足時(shí)，須調(diào)整材料直徑規(guī)格。 4、熱鍛溫度的選擇熱鍛溫度的選擇 鋼

13、在加熱的過(guò)程終須防止過(guò)熱及過(guò)燒現(xiàn)象 的發(fā)生，通過(guò)長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐和大量的試 驗(yàn)研究，現(xiàn)有鋼種的鍛造范圍均已確定， 可從有關(guān)手冊(cè)查得。 。 5、模具設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì) 相對(duì)于冷鐓而言，熱鐓模具的使用環(huán)境要惡劣的 多，其需承受反復(fù)沖擊載荷和冷熱交變作用，因 熱應(yīng)力而容易導(dǎo)致疲勞破裂；模腔表面受到高溫 金屬流動(dòng)的作用而產(chǎn)生摩擦效應(yīng)，尤其是坯料表 面的氧化皮未清除干凈的情況，摩擦作用更加強(qiáng) 烈，加速模腔表面的磨損，出現(xiàn)剝落現(xiàn)象。 熱鐓時(shí)，成形模受熱毛坯的影響，如果模腔表面 溫度上升至400以上，將發(fā)生高溫回火現(xiàn)象， 容易被壓塌和磨損。所以，在熱鐓時(shí)必須作適當(dāng) 的冷卻。除設(shè)備上已具有的冷卻管道外，在設(shè)計(jì) 模具時(shí)，也必須考慮冷卻水孔的設(shè)計(jì)。 成形尺寸先從理論上依據(jù)計(jì)算出的熱鍛件圖，然后再經(jīng)過(guò) 生產(chǎn)實(shí)踐重新確定、修復(fù)模具的成形尺寸，以保證產(chǎn)品精 度。 上模采用組合方式，在生產(chǎn)過(guò)程中，上沖頭的由于受力及 與坯料接觸等影響，其損壞較上沖?？?，采用此種設(shè)計(jì)方 式，即可簡(jiǎn)化模具加工難易程度，消除過(guò)度處的應(yīng)力集中， 同時(shí)方便上沖頭的更換，降低模具綜合成本。 成形凹模結(jié)構(gòu)同冷鐓模類似，其設(shè)計(jì)原則也大致相同，為 防止應(yīng)力集中而產(chǎn)生開裂，成形模采用縱向剖分結(jié)構(gòu)。成 形模采用