沖壓工藝與沖模設(shè)計(jì)第七章課件

1、沖壓工藝與沖模設(shè)計(jì) 第2版 主編 翁其金 第七章 冷擠壓 第一節(jié) 概述6H-7Q根據(jù)冷擠壓時(shí)金屬流動(dòng)的方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向的關(guān)系,冷擠壓可以分為以下幾種。1.正擠壓擠壓時(shí),金屬流動(dòng)的方向與凸模運(yùn)動(dòng)的方向一致(圖7-1)。正擠壓可以利用實(shí)心或空心坯料制造各種形狀的空心件和實(shí)心件,如圖7-2所示。一、冷擠壓的分類6H-7Q圖7-1正擠壓示意圖1坯料2擠壓件3凹模4凸模6H-7Q2.反擠壓擠壓時(shí),金屬流動(dòng)的方向與凸模運(yùn)動(dòng)的方向相反(圖7-3)。反擠壓可以制造各種形狀的杯形零件和實(shí)心零件,如圖7-4所示。圖7-2正擠壓零件示例圖6H-7Q圖7-2正擠壓零件示例圖(續(xù))6H-7Q圖7-3反擠壓示意圖1坯料

2、2擠壓件3頂桿4凹模5凸模6H-7Q圖7-4反擠壓件示例6H-7Q3.復(fù)合擠壓擠壓時(shí),金屬朝凸模運(yùn)動(dòng)方向和相反方向同時(shí)流動(dòng)(圖7-5)。復(fù)合擠壓可以制造各種形狀的零件,如圖7-6所示。6H-7Q以上三種擠壓方式的金屬流動(dòng)方向都是與凸模運(yùn)動(dòng)的方向平行,故統(tǒng)稱為軸向擠壓。圖7-5復(fù)合擠壓示意圖1坯料2擠壓件3凹模4凸模6H-7Q圖7-6復(fù)合擠壓件示例6H-7Q圖7-7徑向擠壓a)枝叉類b)杯形類1上凸模2毛坯3上凹模4工件5下凹模6下凸模6H-7Q4.徑向擠壓擠壓時(shí),金屬流動(dòng)的方向與凸模運(yùn)動(dòng)的方向垂直。它又分為離心擠壓和向心擠壓兩種,離心擠壓是金屬在凸模作用下沿徑向外流(圖7-7);而向心擠壓則是

3、沿徑向內(nèi)流。冷鐓工藝實(shí)際上就是離心徑向擠壓。徑向擠壓主要用于制造帶凸緣的零件,如圖7-8所示。6H-7Q圖7-8徑向擠壓件示例6H-7Q把上述軸向擠壓和徑向擠壓聯(lián)合的加工方法稱為鐓擠法。采用鐓擠法使冷擠壓工藝的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大,圖7-9所示支承桿的制造過程就是采用鐓擠法。鐓擠法能成形較為復(fù)雜的零件,擠壓以單獨(dú)的軸向或徑向冷擠壓難以成形的零件。6H-7Q圖7-9鐓擠法示例6H-7Q二、冷擠壓的特點(diǎn)及應(yīng)用冷擠壓的特點(diǎn)為:1)坯料變形區(qū)塑性好,變形抗力大。2)擠壓件質(zhì)量高。3)生產(chǎn)率高。4)節(jié)約原材料。6H-7Q由于冷擠壓具有上述優(yōu)點(diǎn),因而應(yīng)用冷擠壓生產(chǎn)制品有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。例如,汽車活塞銷(

4、圖7-10a)采用冷擠壓代替原來的切削加工方法,材料利用率由40%提高到80%,生產(chǎn)效率提高兩倍,成本降低37%,力學(xué)性能提高20%100%,疲勞壽命是原來的3.5倍。實(shí)踐證明它可以用20鋼代替原來的20Cr鋼。又如純鐵底座(圖7-10b)用冷擠壓代替切削加工,材料消耗為原來的1/10,生產(chǎn)率提高了30倍。又如純鋁電容器(圖7-10c)形狀復(fù)雜,尺寸小,要求高,用切削加工無法達(dá)到要求,而采用冷擠壓就比較容易達(dá)到。6H-7Q圖7-10冷擠壓零件a)汽車活塞銷b)純鐵底座c)純鋁電容器6H-7Q圖7-11純鋁儀表零件6H-7Q三、當(dāng)前應(yīng)用冷擠壓技術(shù)應(yīng)解決的主要問題解決強(qiáng)大的變形抗力與模具承載能力的

5、矛盾。為此,必須做到:1)設(shè)計(jì)合理的、工藝性良好的冷擠壓件。2)恰當(dāng)選擇冷擠壓金屬材料,正確確定坯料形狀尺寸及熱處理規(guī)范,要特別注意坯料表面處理與潤滑。3)制訂合理的冷擠壓工藝方案,合理選擇冷擠壓方式,適當(dāng)控制冷擠壓變形程度。4)采取有效措施解決模具的強(qiáng)度、剛度和使用壽命問題。5)選用合適的擠壓設(shè)備。6H-7Q 第二節(jié)冷擠壓的金屬變形6H-7Q圖7-12擠壓試樣研究擠壓金屬變形最簡便的試驗(yàn)方法仍是坐標(biāo)網(wǎng)格法,即由兩個(gè)半圓柱組成圓柱體試樣(圖7-12),其中一塊刻有正方形網(wǎng)格,在拼合面上涂潤滑油,拼合后即可進(jìn)行各種形式的擠壓試驗(yàn)。從試驗(yàn)后網(wǎng)格的變化情況,來分析各種擠壓方式的金屬變形情況及各種因素

6、對擠壓變形的影響。6H-7Q一、正擠壓的金屬變形圖7-13a為正擠壓過程的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。圖7-13b為正擠壓實(shí)心件過程中,試樣上坐標(biāo)網(wǎng)格的變化情況。變形金屬大體可以分為以下幾個(gè)區(qū):(1)已變形區(qū)(擠出部分)由已變形區(qū)網(wǎng)格變化情況可以看出,沿著橫截面,金屬變形是很不均勻的,中間金屬流動(dòng)大于表面,致使橫向坐標(biāo)線產(chǎn)生很大的彎曲。(2)變形區(qū)擠壓金屬的變形區(qū)是在凹?？诟浇?即圖中的-與-兩虛線之間的區(qū)域。6H-7Q(3)待變形區(qū)變形區(qū)與凸模端面之間為待變形區(qū)。(4)死角凹模轉(zhuǎn)角部位的金屬(圖中D處),在擠壓過程不參與變形,稱為“死角”。6H-7Q圖7-13正擠壓的金屬變形情況(1)模具與擠壓金屬間摩擦

7、力的影響6H-7Q圖7-14凹模中心錐角對金屬變形的影響(2)模具幾何參數(shù)的影響圖7-14表示凹模中心錐角對金屬變形的影響。6H-7Q二、反擠壓的金屬變形圖7-15a為反擠壓過程的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。圖7-15b為高度大于直徑的坯料反擠壓過程中的穩(wěn)定擠壓階段。此時(shí),變形金屬大體有以下幾個(gè)區(qū):(1)粘滯區(qū)該區(qū)是緊靠凸模端面的部分,由于凸模端面與金屬之間摩擦力的影響,這個(gè)區(qū)域金屬變形極小,故稱粘滯區(qū)。(2)變形區(qū)圖中兩虛線之間即為反擠壓金屬的強(qiáng)烈變形區(qū)。在穩(wěn)定擠壓階段,粘滯區(qū)和強(qiáng)烈變形區(qū)的大小保持不變,但其位置隨著凸模的下行而逐步向下變動(dòng)。6H-7Q(3)待變形區(qū)變形區(qū)下面即為待變形區(qū)。(4)死角處于凹

8、模角部的金屬始終不參與變形(圖7-15c中D處)即為死角。6H-7Q圖7-15反擠壓過程金屬變形情況6H-7Q圖7-16為復(fù)合擠壓金屬變形情況。由圖可以看出,由于復(fù)合擠壓的方式不同,因而金屬流動(dòng)情況也不一樣。圖7-16a是正擠壓和反擠壓金屬變形規(guī)律的綜合;圖7-16b是上、下兩個(gè)杯形反擠壓變形規(guī)律的綜合;圖7-16c是上、下兩個(gè)桿形正擠壓變形規(guī)律的綜合。三、復(fù)合擠壓的金屬變形6H-7Q圖7-16復(fù)合擠壓的金屬變形情況6H-7Q復(fù)合擠壓的變形情況是比較復(fù)雜的,它存在正、反兩個(gè)方向的擠出速度、擠出長度的控制問題,擠壓金屬變形情況既與復(fù)合擠壓的方式有關(guān),又與變形程度,凸、凹模形狀,尺寸,表面粗糙度,

9、潤滑條件等因素有關(guān)。這些因素中有一個(gè)因素變化,都會(huì)引起復(fù)合擠壓時(shí)金屬變形狀況的變化。綜上所述,為使冷擠壓金屬產(chǎn)生較為理想的變形,即產(chǎn)生勻速流動(dòng)和均勻變形,保證擠壓件質(zhì)量,必須控制變形程度,正確設(shè)計(jì)凸、凹模的幾何形狀及參數(shù),盡量減少摩擦力,注意改善潤滑條件和對模具工作表面的表面粗糙度提出嚴(yán)格要求。6H-7Q四、冷擠壓的變形程度1.冷擠壓變形程度的表示方法冷擠壓變形程度可用以下幾種形式表示:1)斷面變化率:6H-7Q=100%(7-1)2)擠壓比:R=(7-2)3)對數(shù)擠壓比:=ln(7-3)6H-7Q冷擠壓時(shí),一次擠壓加工可能達(dá)到的最大變形程度稱為極限變形程度。擠壓金屬可能達(dá)到很大的變形程度。但

10、變形程度很大時(shí),單位擠壓力很大,會(huì)顯著降低模具的使用壽命,如果單位擠壓力超過模具強(qiáng)度所許可的范圍,則造成模具的早期破壞。所以,冷擠壓極限變形程度實(shí)際上是受模具強(qiáng)度和使用壽命的限制。也就是說,冷擠壓的極限變形程度實(shí)際上是指在模具強(qiáng)度允許條件下,保持模具有一定壽命的一次擠壓變形程度。2.極限變形程度6H-7Q表7-1非鐵金屬一次擠壓的極限變形程度表7-1為部分非鐵金屬一次擠壓的極限變形程度。6H-7Q圖7-17、圖7-18、圖7-19分別為碳素鋼正擠壓實(shí)心件、正擠壓空心件、反擠壓空心件時(shí)的極限變形程度。這些極限變形程度值是按模具許用單位壓力為2500MPa、正擠壓凹模中心錐角為120、坯料相對高度

11、為h0/d0=0.71.0并經(jīng)退火、磷化、潤滑處理后進(jìn)行擠壓試驗(yàn)得到的。6H-7Q圖7-17正擠壓碳素鋼實(shí)心件極限變形程度6H-7Q使用上述各圖時(shí)應(yīng)該注意,圖中斜線以下是許用變形區(qū);斜線中間為過渡區(qū),其上限適用于模具鋼質(zhì)量高,擠壓條件好的情況;下限適用于一般情況。斜線以上是待開發(fā)區(qū),隨著擠壓技術(shù)的發(fā)展,斜線上限可能被突破。圖中斜線以下可以保證模具的工作壽命達(dá)到1萬件至10萬件。如果需要模具壽命達(dá)到10萬件以上,則斜線就得降低,即變形程度就得減少。6H-7Q圖7-18正擠壓碳素鋼空心件極限變形程度6H-7Q圖7-19反擠壓碳素鋼空心件極限變形程度6H-7Q第三節(jié)冷擠壓的材料與坯料制備6H-7Q一

12、、冷擠壓用原材料1.冷擠壓工藝對金屬材料的要求強(qiáng)度、硬度低,硬化模數(shù)小,有一定的塑性,化學(xué)成分要求較嚴(yán)格,鋼的硫、磷含量少,冷擠壓工藝性好。6H-7Q2.可用于冷擠壓的金屬材料目前可用于冷擠壓的金屬主要有鉛、錫、銀、純鋁、鋁合金、純銅與無氧銅、黃銅、錫磷青銅、鎳、鋅及鋅鎘合金、純鐵、碳素鋼、低合金鋼、不銹鋼。此外,對于經(jīng)過適當(dāng)熱處理的鈦和某些鈦合金、鉭、鋯等也可以進(jìn)行冷擠壓,甚至軸承鋼(GCr9、GCr15)和高速鋼(W6Mo5Cr4V2)也可以進(jìn)行一定變形程度的冷擠壓加工。隨著冷擠壓技術(shù)的發(fā)展和新模具材料的應(yīng)用,可用于冷擠壓的金屬必將逐步擴(kuò)大。6H-7Q二、冷擠壓坯料形狀和尺寸的確定1.冷擠

13、壓坯料的形狀冷擠壓坯料的形狀主要是根據(jù)擠壓件的截面形狀和擠壓方式?jīng)Q定。坯料的橫截面輪廓形狀應(yīng)盡量與擠壓件輪廓形狀相同,并與擠壓模型腔吻合,以便定位。坯料的幾何形狀應(yīng)保持對稱、規(guī)則、兩端面平行;坯料表面應(yīng)光滑,不能有裂紋、折疊等缺陷。6H-7Q圖7-20冷擠壓用坯料的形狀常用的冷擠壓坯料如圖7-20所示。對于正擠壓和徑向擠壓,這幾種坯料都可用,實(shí)心坯料用于正擠實(shí)心件,空心坯料用于正擠空心件。反擠壓常用圖7-20a、b所示的兩種坯料。6H-7Q2.坯料尺寸的確定坯料的體積(V0)等于零件的體積加上修邊量和切削量(需要時(shí))。不同擠壓件的修邊量可參照表7-2和表7-3選取。表7-2旋轉(zhuǎn)體冷擠壓件高度修

14、邊量(單位:mm)注:1.當(dāng)擠壓件高度大于100mm時(shí),修邊量為高度的5%。2.復(fù)合擠壓件的修邊余量應(yīng)適當(dāng)加大。3.矩形擠壓件的修邊余量,按表列數(shù)據(jù)加倍。6H-7Q表7-3大量生產(chǎn)鋁質(zhì)外殼所用的修邊量(單位:mm)注:表列數(shù)值適用于大量生產(chǎn)壁厚為0.30.4mm的薄壁鋁制反擠杯形件。坯料橫截面尺寸按下述原則確定:外徑(d0)一般比凹模小0.10.2mm,以便放入凹模;內(nèi)徑(d2)一般比擠壓件內(nèi)孔(或芯軸直徑)小0.010.05mm。當(dāng)擠壓件內(nèi)孔表面粗糙度要求不高時(shí),坯料內(nèi)孔也可以比擠壓件內(nèi)孔大0.10.2mm。6H-7Q坯料的高度為h0=(7-4)式中h0坯料高度;V0坯料體積;A0坯料橫截面

15、積。6H-7Q圖7-21冷擠壓件圖例7-1確定圖7-21擠壓件的坯料形狀及尺寸。6H-7Q解查表7-2取修邊量h=3mm。按圖求得坯料體積V0=2278mm3;坯料外徑取d0=44-0.2=43.8mm;坯料內(nèi)徑取d2=10mm;則坯料高度為6H-7Q三、冷擠壓坯料的加工方法坯料的加工方法有切削加工、剪切、沖裁、拉深或反擠壓等。究竟采用哪一種方法制造坯料,應(yīng)根據(jù)坯料的形狀和尺寸、擠壓件的精度和表面粗糙度、生產(chǎn)率及材料利用率等實(shí)際要求來選擇。6H-7Q四、冷擠壓坯料的軟化處理冷擠壓坯料軟化處理的目的是降低材料的硬度,提高塑性,獲得良好的金相組織,消除內(nèi)應(yīng)力,以降低變形抗力,提高擠壓件質(zhì)量和模具使

16、用壽命。從冷擠壓工藝性來看,晶粒度大小適中的球狀組織最好。6H-7Q五、冷擠壓坯料的表面處理與潤滑對冷擠壓坯料進(jìn)行表面處理與潤滑十分必要。其目的是減少模具表面與金屬間的摩擦力。1.表面處理不同金屬材料表面處理與潤滑的方法不同,碳素鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼通常采用磷化處理;不銹鋼(1Cr18Ni9Ti)采用草酸鹽處理;硬鋁采用氧化、磷化、氟硅化處理中的一種。經(jīng)處理后,獲得與坯料表面牢固結(jié)合的潤滑覆蓋層。這個(gè)覆蓋層是結(jié)晶的多孔性的薄膜,能吸附潤滑劑,在擠壓過程中,還能隨擠壓金屬一起塑性變形,保證擠壓過程的有效潤滑。6H-7Q為了進(jìn)一步降低摩擦因數(shù),需要對坯料進(jìn)行潤滑處理。經(jīng)磷化處理后的碳素鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼坯料

17、需進(jìn)行皂化潤滑處理。圖7-22皂化處理后的鋼坯料表面潤滑層2.潤滑處理6H-7Q第四節(jié)冷擠壓力的確定6H-7Q一、冷擠壓力曲線圖7-23為冷擠壓時(shí)擠壓力F與行程s的關(guān)系曲線。曲線a和b分別是坯料高度較大的正擠壓力曲線和反擠壓力曲線。曲線c是坯料高度較小的擠壓力曲線。圖7-23冷擠壓力曲線6H-7Q由圖可以看出,冷擠壓過程中壓力的變化一般可分為四個(gè)階段:是擠壓初始鐓粗與充滿型腔階段;是穩(wěn)定擠壓階段;是擠壓終了階段;是剛端擠壓階段。值得注意的是剛端擠壓階段,當(dāng)反擠壓坯料底部或正擠壓的凸緣厚度小于某一數(shù)值(純鋁為0.20.3mm,鋼鐵材料約為1.5mm)時(shí),則變形非常困難,變形阻力極大,擠壓力急驟上

18、升。圖中曲線c表明,由于坯料高度較小,由初始鐓粗與充滿階段很快轉(zhuǎn)入剛端擠壓階段,故擠壓力曲線的幾個(gè)階段很不明顯。6H-7Q二、單位擠壓力及其影響因素作用在凸模上的單位擠壓力是總擠壓力與凸模接觸坯料的表面在凸模運(yùn)動(dòng)方向上的投影面積之比,即p=(7-5)式中p單位擠壓力;F擠壓總力;A凸模與擠壓坯料接觸表面在凸模運(yùn)動(dòng)方向上的投影面積。6H-7Q圖7-24作用在模具上的壓力a)正擠壓b)反擠壓必須注意,作用在凹模上的單位擠壓力與作用在凸模上的單位擠壓力是不一樣的,如圖7-24所示。6H-7Q圖7-25鋼鐵材料正擠壓實(shí)心件擠壓力確定圖三、擠壓力的確定6H-7Q圖7-26鋼鐵材料正擠壓空心件擠壓力確定圖

19、6H-7Q材料種類、變形程度、模具工作部分的幾何形狀、坯料的相對高度等主要因素的影響。圖7-27鋼鐵材料反擠壓實(shí)心件擠壓力確定圖圖由、四個(gè)區(qū)組成,分別考慮到零件的形狀、尺寸、6H-7Q例7-2正擠壓實(shí)心件,已知冷擠壓材料為純鐵,坯料直徑(凸模直徑)d0=75mm,坯料高度h0=110mm,擠壓后直徑d1=45mm,凹模中心錐角A=90。求單位擠壓力和擠壓力。解:從圖7-25中區(qū)找到d0=75mm,作水平線與d1=45mm曲線相交,從交點(diǎn)垂直向上求得=64%,由=64%向上進(jìn)入?yún)^(qū)與純鐵曲線相交,由交點(diǎn)作水平線得未經(jīng)修正的單位擠壓力=850MPa,繼續(xù)向左進(jìn)入?yún)^(qū)進(jìn)行修正,先找坯料相對高度h0/d0

20、=1.5斜線進(jìn)行相對高度的修正,而后找A=90進(jìn)行凹模中心錐角的修正,垂直向下得經(jīng)修正后的單位擠壓力p=1050MPa,最后垂直向下進(jìn)入?yún)^(qū)與d0在區(qū)中的投影相交,求得擠壓力F=4.5MN。6H-7Q例7-3反擠壓空心件,已知擠壓材料為純鐵,坯料直徑d0=70mm,高度h0=35mm,凸模直徑d1=58mm。求單位擠壓力和擠壓力。解:從圖7-27區(qū)查凸模直徑d1=58mm,作水平線與坯料直徑d0=70mm相交,從交點(diǎn)垂直向上求得=69%,再向上進(jìn)入?yún)^(qū)與坯料相對高度h0/d0=0.5曲線相交,由交點(diǎn)的橫坐標(biāo)線得修正系數(shù)K=0.94,由交點(diǎn)再向上與純鐵材料曲線相交,得未經(jīng)修正的單位擠壓力=1860M

21、Pa,再向左進(jìn)入進(jìn)行修正,經(jīng)坯料修正系數(shù)K=0.94和坯料外徑d0=70mm的曲線修正后,得修正后的單位擠壓力p=1660MPa,最后垂直向下進(jìn)入?yún)^(qū),與凸模直徑d1=58mm在區(qū)的投影相交即得擠壓力F=4.5MN。6H-7Q對于非鐵金屬,可按圖7-28、7-29、7-30確定單位擠壓力。確定的方法是根據(jù)已知材料、和h0/(毛坯高度與零件壁厚之比)按圖中箭頭方向查得單位擠壓力。然后按下式可求得總的擠壓力:圖7-28非鐵金屬正擠壓實(shí)心件單位擠壓力計(jì)算圖6H-7Q圖7-29非鐵金屬正擠壓空心件單位擠壓力計(jì)算圖6H-7Q圖7-30非鐵金屬反擠壓單位擠壓力計(jì)算圖6H-7Q由于冷擠壓時(shí)的單位壓力和工作行程

22、都很大,冷擠壓件的精度要求又很高,因而對冷擠壓使用的壓力機(jī)提出了一些特殊要求,如能量大,剛度好,導(dǎo)向精度高,具備頂出機(jī)構(gòu)和過載保護(hù)裝置等。用于冷擠壓的壓力機(jī)主要有兩類,即機(jī)械壓力機(jī)和液壓機(jī)。用于冷擠壓的偏心齒輪式壓力機(jī),做功能力比通用壓力機(jī)大得多,公稱壓力角度一般在046,比通用壓力機(jī)大,適應(yīng)冷擠壓工作行程較大的需要。肘桿式和拉力肘桿式壓力機(jī),其公四、冷擠壓力機(jī)的選用6H-7Q稱壓力行程僅310mm,因而只適用于工作行程較小的擠壓。這種壓力機(jī)工作比曲軸式(或偏心齒輪式)的平穩(wěn),沖擊力小。液壓機(jī)的特性決定了它適用于工作行程較大的擠壓,但生產(chǎn)率較低。由于冷擠壓工作行程一般較大,故應(yīng)與拉深等成形工藝

23、一樣,必須校核冷擠壓的壓力-行程曲線是否在壓力機(jī)的許用負(fù)荷曲線范圍內(nèi),不能只根據(jù)冷擠壓力選擇壓力機(jī)的公稱壓力。6H-7Q第五節(jié)冷擠壓件的工藝性6H-7Q一、冷擠壓件的結(jié)構(gòu)工藝性根據(jù)冷擠壓金屬變形的特點(diǎn),最適宜于冷擠壓的零件形狀是軸對稱旋轉(zhuǎn)體零件,其次是軸對稱非旋轉(zhuǎn)體零件,如方形、矩形、齒形等零件。非軸對稱零件擠壓成形較困難。擠壓件應(yīng)盡量避免以下結(jié)構(gòu)(圖7-31):錐體、銳角、直徑小于10mm的深孔(孔深為直徑的1.5倍以上)、徑向孔和軸向兩端小而中間大的階梯孔、徑向局部凸耳、凹槽、加強(qiáng)肋等。如果零件使用要求必須具有上述結(jié)構(gòu),則應(yīng)將零件加以簡化,以改善擠壓工藝性,在擠壓后用切削加工等方法進(jìn)行加工

24、。6H-7Q圖7-31冷擠壓件的結(jié)構(gòu)工藝性6H-7Q二、冷擠壓件的尺寸公差與表面粗糙度冷擠壓件的尺寸精度受模具精度、壓力機(jī)剛度和導(dǎo)向精度、擠壓坯料的制造及表面處理、冷擠壓工藝方案的合理性等因素影響較大。隨著冷擠壓技術(shù)的進(jìn)步,目前已經(jīng)可以獲得尺寸精度相當(dāng)高的冷擠壓件,一般可以達(dá)到IT7。冷擠壓件的表面粗糙度與模具的表面粗糙度、潤滑等因素有關(guān),目前表面粗糙度Ra達(dá)0.2m。6H-7Q冷擠壓零件一次成形允許的尺寸關(guān)系見表7-4、表7-5和圖7-32。復(fù)合擠壓的尺寸參數(shù)參照單一的正擠壓和反擠壓的尺寸。6H-7Q表7-4反擠壓件的尺寸參考表6H-7Q表7-4反擠壓件的尺寸參考表6H-7Q表7-5正擠壓件

25、尺寸選取參考表6H-7Q圖7-32復(fù)合擠壓件的形狀及尺寸參數(shù)6H-7Q第六節(jié)冷擠壓工藝過程設(shè)計(jì)6H-7Q冷擠壓工藝過程設(shè)計(jì)包括以下內(nèi)容:擠壓件的工藝性分析;確定包括冷擠壓方式、工序數(shù)目及有關(guān)輔助工序在內(nèi)的擠壓工藝方案;制訂冷擠壓件圖;確定坯料的形狀、尺寸、重量及備料方法;擠壓力計(jì)算和設(shè)備的選用;冷擠壓模設(shè)計(jì);制訂工藝卡片。6H-7Q一、冷擠壓工藝方案的確定1.冷擠壓件分類及其擠壓方式(1)杯形類冷擠壓件(圖7-33)這類零件一般采用反擠壓(圖7-33a圖7-33c),或反擠壓制坯后再以正擠壓成形(圖7-33e)。(2)管類、軸類擠壓件(圖7-34)這類零件一般采用正擠壓。(3)杯桿類、雙杯類冷

26、擠壓件(圖7-35)這類擠壓件一般采用復(fù)合擠壓,也有用正擠壓和反擠壓兩次擠壓。6H-7Q圖7-33杯形類冷擠壓件6H-7Q圖7-34管類、軸類冷擠壓件6H-7Q圖7-35杯桿類、雙杯類冷擠壓件6H-7Q圖7-36復(fù)雜形狀冷擠壓件以用正擠壓、反擠壓、復(fù)合擠壓或徑向擠壓成形。(4)復(fù)雜形狀的冷擠壓件(圖7-36)帶有齒形或花鍵等的軸對稱擠壓件可6H-7Q2.冷擠壓工藝方案的確定冷擠壓工藝方案確定基本原則是:1)零件的形狀尺寸是確定擠壓方式的基本依據(jù)。2)工序數(shù)量確定的基本依據(jù)是零件結(jié)構(gòu)及擠壓變形程度。3)采用的擠壓工序和工序順序應(yīng)符合擠壓金屬變形規(guī)律,有利于金屬流動(dòng)和變形的均勻性。6H-7Q圖7-

27、37擠壓工藝方案比較a)冷擠壓件b)復(fù)合擠壓示意圖c)合理的擠壓工藝方案1凸模2封閉環(huán)3凹模4擠壓件6H-7Q4)在保證零件順利成形的條件下,盡量采用冷擠壓力較低的擠壓工序。5)擠壓工藝方案必須考慮零件的尺寸及精度要求。圖7-38擠壓工藝過程對單位擠壓力的影響6H-7Q圖7-39深杯形件的擠壓6H-7Q圖7-40典型零件的冷擠壓工藝過程6H-7Q二、冷擠壓件圖的設(shè)計(jì)冷擠壓件圖是根據(jù)零件圖,考慮到冷擠壓工藝性和機(jī)械加工工藝要求設(shè)計(jì)的適合于冷擠壓的圖形。它是編制冷擠壓工藝過程、設(shè)計(jì)冷擠壓模具以及設(shè)計(jì)機(jī)械加工用夾具等的依據(jù)。6H-7Q冷擠壓件圖設(shè)計(jì)的內(nèi)容和步驟如下:解零件的性能和使用要求;對零件進(jìn)行

28、全面的工藝性分析;初步確定零件的成形工藝路線、冷擠壓方式。在此基礎(chǔ)上,對零件進(jìn)行必要的簡化,確定冷擠壓件的形狀、尺寸。需要機(jī)械加工的部位應(yīng)根據(jù)需要加上余量和公差,不需要機(jī)械加工的部分應(yīng)直接按零件要求的尺寸與公差設(shè)計(jì);其他的尺寸參數(shù)均應(yīng)按照擠壓工藝性要求確定(見冷擠壓件工藝性一節(jié))。此外,還有其他特殊問題的考慮及技術(shù)條件的制訂等。6H-7Q三、冷擠壓的典型實(shí)例例1如圖7-41a所示的導(dǎo)桿是細(xì)長空心零件,材料為30鋼。其冷擠壓工藝過程設(shè)計(jì)如下:1.冷擠壓件圖的設(shè)計(jì)該零件是軸對稱旋轉(zhuǎn)體零件,材料為30鋼,均適宜于冷擠壓成形。根據(jù)零件特點(diǎn)以正擠壓成形為宜,但零件必須加以簡化,以改善冷擠壓工藝性。6H-

29、7Q30mm與M221.5直徑相差不大,可一律改為30,否則凸模壁容易破裂(圖7-42)。18mm與M161.5直徑相差不大,為了簡化擠壓凹模、減少擠壓力,可一律改為18?？紤]到坯料制造的誤差和壓力機(jī)行程下止點(diǎn)控制的誤差,在長度上應(yīng)加修整量2mm。為改善正擠壓金屬變形的均勻性,減少單位擠壓力,取擠壓凹模中心錐角為90。簡化后的冷擠壓件如圖7-41b所示。6H-7Q2.坯料形狀和尺寸的確定采用空心坯料。坯料外徑取d0=29.8mm,坯料內(nèi)徑取d2=8mm,經(jīng)計(jì)算后,坯料尺寸如圖7-41c所示。圖7-41典型冷擠壓實(shí)例(一)a)導(dǎo)桿零件圖b)冷擠壓件圖c)坯料6H-7Q圖7-42不合理的擠壓件形狀

30、與凸模結(jié)構(gòu)6H-7Q3.冷擠壓工藝過程的確定以正擠壓方法加工,按圖7-18,30鋼的極限變形程度為79%83.5%,而該擠壓件總的變形程度為=100%=100%=69%因擠壓件總變形程度小于極限變形程度,故可一次擠壓成形。其工藝過程確定如下:切割坯料退火加工坯料孔表面磷化處理皂化處理一次擠壓切削加工。6H-7Q這是因?yàn)槿绻自谕嘶鹬凹庸こ鰜?空心坯料在退火之后,其表面都附有氧化皮,內(nèi)孔氧化皮很難在表面清理時(shí)清理干凈,這就影響了磷化和皂化的效果,致使在擠壓時(shí)內(nèi)孔與芯軸間的摩擦力很大,容易造成芯軸斷裂。為此,在退火后加工坯料內(nèi)孔,可避免上述現(xiàn)象的發(fā)生。在冷擠壓工藝過程中,為什么把坯料孔的加工安排

31、在退火之后呢?6H-7Q4.冷擠壓力的計(jì)算從圖7-26查得單位擠壓力p=1700MPa,總擠壓力為1.1MN。由此可見,單位擠壓力是在模具許用單位擠壓力范圍內(nèi)。6H-7Q例2如圖7-43a所示的通信機(jī)殼體是一個(gè)階梯形零件,材料為10鋼?；痉侠鋽D壓工藝性要求和擠壓件允許的加工尺寸范圍,可按圖進(jìn)行冷擠壓。其冷擠壓過程設(shè)計(jì)如下:(1)冷擠壓坯料形狀和尺寸的確定采用空心坯料。圖7-43典型冷擠壓實(shí)例(二)6H-7Q(2)冷擠壓工藝過程的確定根據(jù)該零件的形狀特征確定采用復(fù)合擠壓。1)正、反擠壓的變形程度校核。=100%=100%90%6H-7Q2)擠壓工序數(shù)目的確定。第一道復(fù)合擠壓得圖7-43c所示

32、工序件,其正、反擠壓斷面變化率均為83%。第二道復(fù)合擠壓成為圖7-43a所示零件。正擠壓部分是采用階梯形的凸模芯軸(直徑由5mm過渡到2mm)進(jìn)行縮徑,其斷面變化率為=39%;而反擠壓是將厚壁部分(孔徑為20.3mm)反擠出來,使已成形部分向上剛性平移,從而獲得階梯形孔,其斷面變化率為=68%。由此可見,兩道復(fù)合擠壓的變形程度都是允許的。6H-7Q(3)冷擠壓力的計(jì)算1)第一道復(fù)合擠壓時(shí),單純正擠壓的單位擠壓力根據(jù)圖7-26查得p=1850MPa;單純反擠壓的單位擠壓力根據(jù)圖7-27查得p=2350MPa。2)第二道復(fù)合擠壓時(shí),由直徑10.9mm縮小到7.8mm,其擠壓力很小。兩道擠壓工序均屬

33、復(fù)合擠壓。實(shí)踐證明復(fù)合擠壓力小于或接近于單一擠壓力較小值,根據(jù)這一規(guī)律,第一道復(fù)合擠壓的單位擠壓力大約為1850MPa;第二道復(fù)合擠壓的單位擠壓力不大;兩道工序的單位擠壓力都在模具許用單位壓力范圍之內(nèi)。6H-7Q第七節(jié)冷擠壓模具6H-7Q一、典型冷擠壓模具結(jié)構(gòu)冷擠壓模具的結(jié)構(gòu)形式很多,按冷擠壓方式有正擠壓模、反擠壓模、復(fù)合擠壓模及其他冷擠壓模;按通用性有專用冷擠壓模和通用冷擠壓模;按調(diào)整的可能性有可調(diào)式冷擠壓模和不可調(diào)式的冷擠壓模。為適應(yīng)冷擠壓金屬成形的需要和降低模具制造成本,往往采用可調(diào)式冷擠壓模和通用式冷擠壓模。6H-7Q圖7-44正擠壓模具1定位銷2上模座3墊板4彈性夾頭5凸模固定圈6凸

34、模7、8緊固圈9凹模10凹模固定圈11墊板12下模座13頂桿圖7-44為擠壓帶凸緣的純鋁零件的正擠壓模具,該模具的主要特點(diǎn)是:6H-7Q1)采用通用模架,通過更換凸、凹?？蓴D壓不同的冷擠壓件。2)以導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向,為了增加導(dǎo)柱長度,特將導(dǎo)柱固定于上模。3)擠壓件留在凹模中,采用拉桿式頂出裝置通過頂桿13將擠壓件頂出,卸件工作可靠。4)上、下模座用中碳鋼;凸、凹模分別用較厚的淬硬墊板支承。6H-7Q圖7-45為擠壓黑色金屬空心件的反擠壓模具。該模具的主要特點(diǎn)是:1)采用通用模架,更換凸模、組合凹模等零件,可以反擠壓不同擠壓件,還可以進(jìn)行正擠壓、復(fù)合擠壓。2)凸、凹模同軸度可以調(diào)整,即通過螺釘和月牙

35、形板調(diào)整凹模的位置,以保證凸、凹模的同軸度。3)凹模為預(yù)應(yīng)力組合凹模結(jié)構(gòu),承受單位擠壓力較大。4)對于非鐵金屬反擠壓,其擠壓件可能箍在凸模上,因而設(shè)置了卸件裝置,卸件板做成彎形是為了減少凸模長度。5)因非鐵金屬擠壓力很大,所以凸模上端和頂件器下端做成錐度,以擴(kuò)大支承面積,并加以厚墊板。6H-7Q圖7-46為螺塞徑向擠壓(冷鐓)模具。該模具的主要特點(diǎn)是:1)該模具是以導(dǎo)向套1與組合下模外圈3導(dǎo)向,模具在工作時(shí)處于封閉狀態(tài),導(dǎo)向套還有安全防護(hù)作用。2)上、下模均為預(yù)應(yīng)力組合結(jié)構(gòu)。3)為了保證六角頭部成形良好和提高模具使用壽命,坯料體積大于零件體積,多余金屬形成飛邊,冷鐓后切除。6H-7Q二、冷擠壓凸模與凹模的設(shè)計(jì)1.正擠壓凸、凹模的設(shè)計(jì)(1)正擠壓凹模正擠壓凹模是正擠壓模的關(guān)鍵零件。正擠壓凹模重要的幾何參數(shù)如圖7-48所示。凹模中心錐角A一般取90126,塑性好的擠壓材料可以增大。凹模工作帶高度對于純鋁hA=12mm;對于硬鋁、純銅、黃銅hA=13mm;對于低碳鋼hA=24mm。凹模型腔的過渡圓角r1最好取(DA-dA)/2,不小于23mm;R=35mm。6H-7Q圖7-45反擠壓模具1