铝合金外壳反挤压工艺及模具设计

模具零件尺寸的强度， 同时， 也是选择压力机吨位的
重要数据。
铝合金外壳反挤压力可按下式计算
Ｐ＝ｑ·Ｎ
式中 Ｐ— ——反挤压力， Ｎ
ｑ— ——单位 挤压力， Ｎ／ｍｍ２。查 资 料 得 ｑ＝８００Ｎ／
ｍｍ２
Ｆ— ——挤 压 的 作 用 面 积 ， ｍｍ２。 经 计 算
Ｆ
＝
! ４
×
４０２＝１２５６ｍｍ２
４ 模具结构设计
外壳反挤压件的好坏与反挤压模具的设计质量 有直接的关系， 合理的模具结构型式是制造合格反挤 压件的关键技术之一。因此， 根据具体的零件形状、尺 寸及材料， 必须要正确、合理地设计模具结构。按照如 上的工艺分析， 采用反挤压模具结构是最佳的设计方 案， 现介绍如下：
４．１ 反挤压模具 外壳反挤压模具结构如图 ３ 所示。该模具由上、
Ｂａｃｋｗａｒ ｄ Ｅｘｔｒ ｕｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｄｉｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ Ａｌｌｏｙ Ｃａｓｉｎｇ
【Ａｂｓｔｒ ａｃｔ】Ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｃａｓｉｎｇ ｗｉｔｈ ｂａｃｋｗａｒｄ ｅｘｔｒｕｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｒｅｐｌａｃｉｎｇ ｍｕｌｔｉ － ｐａｓｓ ｉｒｏｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｒｅ ｍａｒｒａｔｅｄ． Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ， ｔｈｅ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｐａｒｔ ｉｓ ｆｏｒｍｕｌａｔｅｄ， ｔｈｅ ｂｌａｎｋ ｄｅｍｅｎｓｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｃｋｗａｒｄ ｅｘｔｒｕｄｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ａｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｃａｓｉｎｇ． Ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｂｌａｎｋ， ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｃｋｗａｒｄ ｅｘｔｒｕｄｉｎｇ ｄｉｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐａｒｔ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｃａｓｉｎｇ； ｂａｃｋｗａｒｄ ｅｘｔｒｕｄｉｎｇ； ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ； ｄｉｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
３￣４
时间， ｈ
图 ２ 防锈铝合金 ＬＦ２ 软化退火规范
（ ３） 毛坯润滑处理。毛坯经表面处理以后， 还要进 行适当的润滑处理。经润滑处理的毛坯， 在表面形成 一层致密细腻的润滑保护膜， 它与毛坯表面紧密结合， 就成为毛坯表面和模具工作表面之间的介质， 从而降 低了它们之间的摩擦阻力， 达到降低单位挤压力， 改善 反挤压件质量， 提高反挤压模具使用寿命的目的。
ｄ１２·ｈ３＝
! ４
×４０２×３＝３７６８ｍｍ３
外壳体壳为 Ｖ＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＝４３４１．０５＋３６０．５８＋３７６８ ＝８４６９．６３ｍｍ３
换算毛坯高度
Ｈ＝
Ｖ
! ４
·Ｆ０
＝
８４６９．６３
! ４
×３９．９２
＝６．７８ｍｍ，
取
７ｍｍ。
３．３ 反挤压力的计算
反挤压力是模具设计的重要依据， 可用它来验算
（ ２） 被挤压金属材料强度越大， 反挤压时其变形 抗力也越大， 则许用变形程度值就越小。由于有色金 属反挤压时所需的单位挤压力较小， 因此， 在不超出
·５０·
《模具制造》２００６ 年第 １ 期
·挤 压 模 技 术·
模具的许用单位压力的条件下， 所允许的变形程度是 较高的。
（ ３） 采用不同的冷挤压变形方式， 需用的单位压 力不一样， 因此， 许用变形程度也是不同的。
４．２ 凸模设计
为了保证凸模装卸简便， 紧固可靠， 凸模的整体 形状一般做成阶梯形， 其夹紧部分呈截锥形状， 是为 了增大支承面积， 以增加凸模的抗弯强度和稳定， 并 能通过带锥形孔的上压圈将凸模牢固地固定在上模 板上。凸模结构形状如图 ４ 所示。
２ ２
３０°
!３９－
０ ０．１
１５０ ２
Ａ
!８０
４５° Ｂ ４５° Ｃ
４５° Ｒ４
图 １ 铝合金外壳零件
目前， 该零件已不能满足医疗仪表装置日益竞争 的需要， 随着零件生产率及质量的不断提高， 以及改 善工人的劳动条件和降低产品成本的要求， 必须改变 落后的冲压工艺， 采用一种行之有效的工艺方法， 即
３２ ７０±０．１
反挤压工艺。
２ 反挤压工艺分析
在反挤压生产中， 往往由于变形工序设计不妥使 挤压件成形时产生各种缺陷， 如表面折叠、表面折缝、 表面裂纹等。因此， 只有预先了解这些缺陷的原因， 才 能在设计变形工序时， 采取有效的解决办法， 获得合 格的反挤压件。
３ 反挤压工艺计算 ３．１ 反挤压件图的制订
反挤压件图是根据零件图制订的， 它是编制工 艺、设计模具、检验 反挤压件 形状、尺寸 的主要依 据， 是工厂及车间管理的重要技术文件。
反挤压件图的制订应考虑如下一些问题： （ １） 根据图 １ 所示零件的形状及所需的类型， 确 定采用哪种冷挤压方法， 分几道工序。对本零件的形 状及尺寸， 经计算应选用反挤压单道变形工序。 （ ２） 根据冷挤 压成形的 特点、加 工 范 围 对 零 件 进 行简化给出机加工余量和公差。对于不经机加工的部 分， 不应加放余量， 而应直接按零件图的技术要求给 出公差。 （ ３） 为了便于金属流动、减少阻力， 避免产生金属 死区， 防止产生废品以及减少模具出现锐角处的应力 集中， 在该零件尺寸的过渡处设有足够大的圆角半 径。 按上述的要求， 本外壳零件将设计成类似图 １ 的 反挤压件， 其总高度为 ７２ｍｍ。
计算。
上段体积
Ｖ１＝
! ４
（ ｄ１２－
ｄ２２）
ｈ１＝
! ４
（ ４０２－ ３９２） ×７０
＝４３４１．０５ｍｍ３
中段体积
Ｖ２＝
! ４
ｄ１２·ｈ２－
! ３
ｈ２（ Ｒ２＋ｒ２＋Ｒ·ｒ）
＝
! ４
×４０２×２－
! ３
×２×（ １９．５２＋１７．５２＋１９．５×１７．５）
＝３６０．５８ｍｍ３
下段体积
Ｖ３＝
! ４
１ 概述
铝合金外壳是医疗仪器装置中的防护零件。随着 医疗仪表行业的迅速发展， 该外壳零件的数量日益增 大， 材料为防锈铝合金 ＬＦ２， 形状及尺寸如图 １ 所示。 过去， 采用铝板多道变薄拉深工艺进行生产， 不仅工 序多、生产率低、废品率高， 而且零件的尺精度往往达 不到装配所需的技术要求。
!４０±０．１ ０．５
防 锈 铝 合 金 ＬＦ２ 毛 坯 的 润 滑 剂 采 用 １００％蓖 麻 油。将毛坯浸入油中涂敷即可。但涂敷要均匀， 且薄薄 的一层， 若涂得太厚， 在反挤压中多余的油脂无法散 出， 留在制件上面， 将发生小的皱痕。
７
８ ２０
１９
９
１８
１７
１０ １６
１５ １４ １３
１２
１１
图 ３ 外壳反挤压模具 １．上 模 板 ２、１５．销 钉 ３．上 垫 板 ４．模 柄 ５．止 转 销 ６、１２．螺钉 ７．导套 ８．上压圈 ９．凸模 １０．导柱 １１． 下模板 １３．下压圈 １４．凹模 １６．弹簧 １７．制件 １８． 卸料板 １９．螺帽 ２０． 卸料螺栓
高铬合金工具钢 Ｃｒ１２Ｍｏ， 热处理硬度为 ５８￣６２ＨＲＣ。 直度、同轴度等， 否则就会产生外壳制件的各种缺陷。
４．３ 凹模设计
如凸模按其形状及尺寸， 加工技术要求查资料可得相
在构成反挤压模具的全部零件中， 凹模是和毛坯 应的数据， 在图 ４ 中所标注。
接触， 直接参与变形过程， 执行成形加工的最重要的 ４．５ 模架技术要求
·挤 压 模 技 术·
铝合金外壳反挤压工艺及模具设计
上海交通大学塑性成形工程系（ 上海 ２０００３０） 洪慎章
【摘要】叙述了用反挤压工艺代替多道变薄拉伸工艺生产铝合金外壳的优点。对铝合金外壳 进行了工艺分析、制订了挤压件图、计算了毛坯尺寸及反挤压力。介绍了毛坯制备处理、反挤 压模具结构设计及主要零件的加工技术要求。 关键词： 铝合金外壳； 反挤压； 工艺； 模具结构
另外， 在制订反挤压件时， 选择合理的许用变形 程度。许用变形程度越大， 则生产率就越高， 工序就越 少。但因此单位压力也要增大， 这就有可能超出模具 所允许的单位压力， 导致模具的损坏。因此， 许用变形 程度的大小应严格控制。它主要取决于下列因素：
（ １） 反挤压模具的强度越高， 模具许用单位压力 就越大， 则许用变形程度值也就越大。在当前技术条 件下， 从模具材质、结构、寿命等方面考虑， 模具的许 用单位挤压力为 ２０００￣２５００ＭＰａ。
３．２ 毛坯尺寸的计算
毛坯形状和尺寸对反挤压件的充填性和模具寿 命影响很大。根据本外壳的形状特点， 同时为了便于 送料以及有利于毛坯的定位， 故选用圆形毛坯， 其直 径尺寸为 ３９．９ｍｍ。
《模具制造》２００６ 年第 １ 期
外壳所需的毛坯体积是根据冷变形前后的体积
不变定律来计算。外壳体积按图 １ 分成上、中、下 ３ 段
下模两部分组成： 上模部分主要有上模板 １、上垫板 ３、模柄 ４、导 套 ７、上压圈 ８ 及凸模 ９ 组 成 ； 下 模 部 分 主 要 有 导 柱 １０、下 模 板 １１、下 压 圈 １３、凹 模 １４、弹 簧 １６、卸料板 １８ 及卸料螺栓 ２０ 组成。上模部分对下模 部分的导向是靠导套 ７ 和导柱 １０ 来保证， 采用一级 精度滑配合。凸模 ９ 与凹模 １４ 的同心度由制造精度 来保证， 并以销钉 ２、１５ 固定。凸模 ９ 的上端面衬以淬 硬的上垫板 ３， 以防上模板 １ 的压塌。
以使模架在工作时稳定可靠。