台阶内花键套筒冷挤压工艺研究

22《模具工业》2003.No.10总272

台阶内花键套筒冷挤压工艺研究张水忠,徐新成,廖秋慧(上海工程技术大学,上海200336)

摘要:分析了台阶内花键套筒的冷挤压工艺,制定出冷挤压件图,确定了挤压方案及工艺流程,

对各工序变形程度进行了校核,并计算出了挤压力,同时对挤压模具的设计制造进行了简单的介绍。关键词:冷挤压;台阶内花键;套筒;模具中图分类号:TG376文献标识码:B文章编号:1001-2168(2003)10-0022-04

AnalysisoftheColdExtrusionTechnologyfortheSleevesoftheInnerSplinewithStairsZHANGShui-zhong,XUXin-cheng,LIAOQiu-hui,(ShanghaiUniversityofEngineeringScience,Shanghai200336,China)Abstract:Thetechnologyofcoldextrusionofthesleevesoftheinnersplinewithstairswas

analyzed.Thedrawingoftheworkpieceforextrusionwasworkedout,theextrusion

表2凹模尺寸表mm

D<8.3<10.3<12.3

d<17.5<19.5<19.5

D<15<17<19

A<9.4<11.5<13.5

B<10.4<12.5<14.5

表1凸模尺寸表mm

加大了,模具高度是图4所示模具的2.5倍,模具必须要在较大的机床上使用。同时零件顶出后必须先将顶出机构复位才能进行下一个零件的加工,整个操作过程多了一个动作,在大批量生产时,生产速度慢,生产成本高。而实际试模后发现,铆合过程中加热管变形很小,几乎不变形,经试验,加大了凹模与加热管的配合间隙(0.3mm),取消了顶出系统。(2)在试模过程中发现,零件铆合后出现了加热管与连接板铆合不紧,有松动的现象,而且出现问题的加热管的位置和数量随机性较大,经分析认为有以下2种原因:a)模具制造初期,凸模与凸模固定板、凹模与凹模固定板采用过盈配合,在装配过程中,凸、凹模与固定板之间可能会出现不垂直现象。b)加热管在加工过程中可能产生壁厚不均匀或铝材有不均匀的硬质颗粒等。改进的办法是将凸、凹模与固定板的配合改为间隙配合,使零件铆合过程中凸、凹模能根据实际情况自动调整。经改进,效果良好。

图5凸凹模零件a———凸模b———凹模23《模具工业》2003.No.10总272

methodandtechnologicalflowformulated,thedegreeofdeformationoneachprocessingstep

checked,andtheextrusionforcescalculated.Thedesignandmanufactureoftheextruding

diewasbrieflyintroduced.Keywords:coldextrusion;innersplinewithstairs;sleeve;die

——————————————————————作者简介:张水忠(1948-),男,上海人,副教授,主要从事冲压、冷挤压工艺及模具的教学与科研工作,地址:上海市仙霞路350

号,上海工程技术大学材料工程学院。电话:(021)64209127-

4417收稿日期:2003-03-19

1引言图1所示台阶内花键套筒为某产品中的1个重要零件,由于零件内孔中台阶内花键的作用,该产品工作时可以使得与之相配的、带有外花键的零件处于3种不同的位置,产生3种不同的动作。由于零件工作时受力情况较复杂,因此材料采用20Cr,成形后需经渗碳淬火处理,以获得较高的耐磨性。<12mm内孔有尺寸公差及表面粗糙度要求,最终磨削至图示尺寸。图1台阶内花键套筒2零件冷挤压工艺性分析该零件从形状尺寸上看是非常适合于冷挤压加工的典型零件,内孔形状复杂,除<12mm孔外,上端还有<29mm及<21mm孔,<21mm孔上端有台阶内花键,上部内花键比下部内花键宽,上、下内花键一侧对齐,另一侧则形成台阶,因此台阶内花键形状无法用机加工获得。从内孔及台阶内花键的尺寸精度分析,除<12mm孔外,最高尺寸精度为IT11级,据资料[1]介绍,属于一般冷挤压件尺寸精度范围。该零件如采用冷挤压成形,不但生产效率高,节约大量原材料,而且挤压后材料的机械性能,

尤其抗疲劳性能会有很大的提高。

3冷挤压工艺3.1冷挤压件图根据零件的形状、尺寸精度及使用要求,其外径均不放机加工余量,直接挤到尺寸,两端面留一定的机加工余量。<12mm孔因直径较小,长度又很长,

故冷挤压不予挤出,<29mm和<21mm孔可以直接挤出。台阶内花键上端面在挤压时为自由挤出面,

因此留加工余量,以便后续机加工保证花键高度。零件冷挤压件图见图2。

图2台阶内花键套筒冷挤压件图3.2冷挤压工艺方案从零件的内径尺寸分析,<21mm孔长度较长,

如同时挤出<29mm孔与<21mm孔,挤压时单位挤压力较大,凸模的使用寿命无法保证,因此分两次挤出。零件杆部的长度较短,可以在挤大内孔时一次正反复合挤压成形,复合挤压时,杆部长度靠模具来保证。台阶内花键在<21mm孔成形后再进行挤压,

由于挤压深度较浅,变形程度也很小,对挤压凸模的使用寿命不会有什么影响。

3.3冷挤压工艺流程套筒材料为<38mm冷拉圆钢,采用高效冲床精密下料。20Cr钢材在供货状态下硬度较高,塑性差,因此必须进行退火软化处理。退火时,坯料密封24《模具工业》2003.No.10总272

在不锈钢包内,退火软化处理后,坯料的硬度为75HRB左右。坯料表面氧化皮清理后,需再进行磷皂化处理,以便挤压时坯料与模具型腔之间有良好的润滑,具体的退火软化和磷皂化规范见资料[1]。经第1次正反复合挤压后,在坯料纵向剖面相应部位进行硬度测定发现,<29mm孔下部的材料硬化情况并不严重,图3为所测定的硬度值分布图,其中A处77HRB,B处79HRB,C处76HRB,E处82HRB,因此决定在挤<21mm孔前不必再进行二次退火软化和磷皂化处理,以降低零件成本。图4

为套筒零件冷挤压工艺流程图。

图3毛坯纵剖面硬度值分布图图4套筒零件冷挤压工艺流程图a———下料b———正反复合挤c———反挤小内孔d———挤台阶内花键

3.4冷挤压变形程度校核冷挤压时金属材料在模具型腔中进行塑性变形,如变形程度超过材料本身的最大塑性变形能力就会产生挤压缺陷,同时单位挤压力急剧增加,导致模具使用寿命下降,甚至模具发生爆裂,因此有必要对冷挤压各工序变形程度进行校核。冷挤压变形程度一般采用断面缩减率表示。正反复合挤压时,正挤压杆部断面缩减率εf=(382-262)/382=53%,反挤<29mm孔时断面缩减率εf=292/382=58%,反挤<21mm孔时断面缩减率εf=212/382=31%。由资料[2]可知,20Cr的正挤最大断面缩减率为80%,反挤许用断面缩减率为30%～75%,因此均符合要求。3.5挤压力计算根据资料[2]中的冷挤压单位挤压力图算表,可查出正挤杆部单位挤压力p=1050MPa,正挤压力P=1200kN,反挤<29mm内孔的单位挤压力p=2250MPa,反挤压力P′=1500kN,显然内孔反挤压力大于杆部正挤压力,金属容易向杆部流动。为了控制杆部尺寸,挤压时模具在杆部部分进行封闭,因此首次复合挤压的总挤压力即为反挤内孔的挤压力。同理可得第2道工序反挤<21mm内孔的单位挤压力p=2200MPa,总挤压力P′=800kN。在试制过程中,实测首次挤压力为2200kN左右,第2道挤压工序挤压力为900kN,比理论计算值高出11%,这是由于坯料加工硬化造成的。由于反挤台阶内花键的挤压力较小,这里不予计算。

4模具设计及制造在挤压台阶内花键时,<21mm内孔挤压变形区附近的材料如果为自由表面,就建立不起三向压应力状态,由于拉应力的存在,花键表面会产生裂纹。因此在挤压台阶内花键时,<21mm内孔上部必须要有支撑,挤压台阶内花键的凸模要设计一定长度的导向端,挤压时,凸模的导向端先插入孔内,再进行挤压。这样挤出的内花键表面饱满、光洁,不会产生挤压时因拉应力的存在而造成的裂纹。挤压台阶内花键的凸模如图5所示,凸模上成形台阶内花键部分形状较复杂,必须采用电火花加工。电极采用上、下2块紫铜板,分别割出内花键形状,再铆接成组合电极,线切割尺寸要考虑放电间隙和凸模的抛光余量。凸模经电火花加工后由钳工修圆角抛光即可。

图5挤压台阶内花键凸模25《模具工业》2003.No.10总272

铆管冷挤压模具的改进设计田福祥(青岛建筑工程学院,山东青岛266033)

摘要:指出了原铆管冷挤压模具结构上的缺陷,设计了1副新型镶拼式挤压模,在保持原模具优点和满足强度要求的基础上,模具成本显著降低。关键词:铆管;冷挤压;模具结构中图分类号:TG375

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.41文献标识码:B文章编号:1001-2168(2003)10-0025-02

ImprovementinDesignoftheColdExtrudingDiefortheRivetedTubeTIANFu-xiang

(QingdaoInstituteofArchitectureandEngineering,Qingdao,Shandong266033,China)Abstract:Theweaknessesoftheformerstructureofthecoldextrudingdiefortheriveted

tubewerepointedout.Anew-typedsplitextrudingdiewasdesigned,thecostofwhichwas

markedlyloweredwhiletheadvantagesoftheformerdiewerepreservedandtherequire2mentforstrengthwasmet.Keywords:rivetedtube;coldextrusion;diestructure

考虑到挤压时上、下模同轴度要求较高,模具采用了双重导向方案,即模架本身采用导柱、导套导向,同时凸、凹模再进行模口导向。由于模具结构为一般冷挤压通用模具结构,本文不再赘述。5结束语本挤压工艺采用3道挤压工序即可以成功挤出形状复杂的台阶内花键套筒。挤压台阶内花键时,凸模必须带有导向端,以便在挤压变形区建立三向压应力状态,保证内花键表面光洁、无裂纹。挤压台阶内花键凸模采用组合电极进行电火花加工。

参考文献:

[1]王孝培.冲压手册[M].北京:机械工业出版社,1990.[2]洪深泽.挤压工艺及模具设计[M].北京:机械工业出版社,1996.