梭心套冷挤压成形工艺及模具设计

梭心套冷挤压成形工艺及模具设计

卢立伟1，刘天模1，金仁钢2

1

重庆大学材料科学与工程学院，重庆（400030） 2

湖南工业大学机械工程学院，株洲(412008)

E-mail: haonanwa@

摘 要：针对缝纫机梭心套零件图，生产规模及具体生产条件和收集到的有关原始资料,选出最佳合理工艺方案、确定基本工序的主要工艺参数、确定各工序的设备类型及吨位以及设计各工序的工装模具.

关键词：梭心套；工艺分析；参数计算；模具设计 中图分类号：TH

1. 引言

目前生产梭心套多采用机加工方法，压铸，铸造方法以及冷挤压方法。但是机加工劳动量大，生产周期长，生产效率不高，产生废料过多，经济效益低，只适用于单件生产；铸造生产，内直角连接易产生应力集中，寿命低而且效率低，不适用于大批量生产。压铸方法，不易熔炼，成型的力学性能不好，易出现气孔、裂纹等缺陷[1]。还可以用锻造，先做个毛坯再加热都一定程度，然后进行锻造。缺点就是精度不高，存在氧化、脱碳、过热、过烧、裂纹等缺陷[2];而采用冷挤压工艺（反挤压）成型，此方法少无切削，显著降低原材料的消耗；减少工序，缩短生产周期，提高劳动生产率；提高零件的力学性能；提高零件的精度和表面光洁度；减少设备投资；降低零件的生产成本，适用于批量生产 [3].

2. 工艺制定

2.1工艺分析

该零件是缝纫机上的一个重要零件，壁厚为2.15mm,材料为 B2钢，保证了足够的强度和刚度。根据零件的尺寸精度要求可采用冷挤压成型。其零件图如图1 所示：

2.2工艺方案的确定

采用单工位挤压成型。由毛坯先进行整形，然后反挤一次成型，其加工工序为：毛坯→软化处理→磷化皂化→整形→一次反挤压成型→零件，如图2所示：

图1梭心套 Fig1 shuttle heart wrap

3. 工序设计

该毛坯采用封闭剪切下料，材料利用率高。然后再对坯料进行一些软化和润滑处理，如退火软化，表面磷化皂化，二硫化钼润滑等，在坯料处理后，再进行预成型，然后就直接进行反挤压成型。

3.1毛坯尺寸的确定

毛坯的体积是根据挤压零件图按照毛坯体积等于挤压零件体积的原则计算的，在此冷挤压还要进行切削加工，则计算毛坯体积时还要加上修边余量 [4],即：

V 0= V p + V s

(1)

式中 V 0------毛坯体积

V p -------挤压件的体积 V s -----修边余量的体积

修边余量∆h 根据挤压件形状和高度来确定，由于此零件为轴对称图形，其高度为15mm, 介于10～20mm 之间，取修边余量△h = 2.5mm, 此毛坯选用棒料，由于棒料的长径比小于或等于3/4时，下料相当困难，所以必需把长径比控制在3/4以上，综合考虑应取直径为18mm 的圆钢，h = V p / (π×92)=14.4mm, 所以H = h + △h = 16.9mm,下料时取直径18mm ，长度为17mm.

毛坯

整形

零件

图2 工序图

Fig2 working procedure chart

3.2挤压件的体积

体积：把零件分成四部分求体积:

下部突出的圆柱部分V1;中间圆柱部分V2;圆桶状部分V3;底部圆台体积V4;

总体积V P= V1+ V2+ V3+ V4=3465.4299mm3

毛坯直径为D0=18mm；则H0＝4V p /πD02=16.9mm, H0/ D0=0.94>0.75

故符合剪切条件。

3.3许用变形程度

①断面收缩率ΨF

B2钢的许用反挤压断面收缩率为ΨF=72%～82%[5]；

挤压断面收缩率ΨF=（F0-F1）/F0 =62.15%<72%～82%；故符合挤压要求。

预成型断面收缩率：ΨF=（F0-F1）/F0=27.13%<72%～82%；

符合预成型许用变形的要求。

②冷镦变形率

B2钢的冷镦许用变形程度为εh=65%～68%[5]；冷镦变形程度εh= (H0-H1)/ H0=（17-9.8）/17=42.4% <65%～68%；

符合镦粗许用变形的要求。

3.4变形力的确定

从零件图知毛坯直径为d0=24.6mm，凸模直径为d1=17.57mm，毛坯高度为h0=9.8mm，材料为B2钢，因此可求得：挤压力P＝620KN，即62吨[6]。

4. 压力机的选择

根据挤压力查相关手册，选用型号JC31-160B型闭合单点压力机[7].

5. 模具设计

5.1模具的装配图

图3模具结构

Fig3 the schematic illustration of the die.

1. 弹簧

2.下模座

3.支撑

4.垫板

5.顶板

6.顶杆

7. 导柱

8.顶出器

9.凹模 10.螺钉 11. 压板12. 卸料板 13. 上模板 14. 拉杆15. 紧固圈 16. 圆销17. 凸模18. 锥形紧圈 19. 淬硬垫板 20. 螺钉

21. 螺栓22.导套

注：在此套模具中只需更换凸凹模和相应的压力机可以用于预成型工艺中.

5.2模具的设计要点

（1）凸模（材料为W18Cr4V）,根据挤压件形状来选择凸模形状，因此设计凸模时采用的模具形式如图4：

图4 凸模

Fig4 plunger

这种形状的凸模的冲头，如果斜度过大，凸模头部越尖，毛坯表面不平度对凸模的不良影响越大，严重时，凸模会因水平分力过大而折断。因此，此型凸模要求毛坯的表面平整，故在冷挤前需整形。凸模紧固采用螺纹紧固的方法，通过压板上的螺纹与上模板联接，压板压紧凸模固定套，通过固定套压紧凸模[8]。

（2）凹模,根据冷挤压的单位压力p的大小来决定选择三层组合凹模，凹模内圈材料Cr12MoV,HRC58～62; 凹模中圈材料45钢，HRC43～48；凹模外圈材料45钢，HRC38～40；其各圈之间接触面积至少达到70%以上。在模座侧壁上用螺钉通过压板直接拧紧的方法，对凹模进行固紧[9]。

（3）凹模支撑垫块，以便把加工压力传到模座和压力机的工作台上。这样由于支撑的中间传递和压力均布作用，将大大减经作用在模座和压力机工作台上的压力，对消除模座变形，确保挤压件尺寸的稳定性和提高模具寿命，起到支撑和缓冲作用[10]。

（4）卸料板12,用于从凸模17上卸件，下模中通过三个拉杆14带动顶板5推动顶杆6从而促使顶出器8顶出工件。

（5）下模座(材料为ZG45),设计为整体模座，加工方便。采用压板，利用“Ｔ”型螺栓将其紧固在工作台面上。下模座与凹模外应力圈采取H7/h6配合关系[11]。

6. 结论

经实验研究表明，利用这种先进的少无切削工艺来生产梭心套是行之有效的，它不仅能大大提高材料利用率和产品的机械性能，增强了产品的市场竞争力，还提高了工厂的生产效率和降低生产成本，使企业得到了实际的经济效益。