%b6冷挤压工艺分析及变薄拉深模具设计.pdf

第3 2 卷第3 期V 0 1 3 2N o 3锻尼技#F O R G I N G S T A M P I N GT E C H N O L O G Y2 0 0 7 年6 月J u l l 2 0 0 7深杯形件冷挤压工艺分析及变薄拉深模具设计*任国成h+。王广春2。徐淑波2。蔡元兴1(1 山东建筑大学材料学院，山东济南2 5 0 0 1 4；2 山东大学材料学院，山东济南2 5 0 0 6 1)摘要：以典型冷挤压深杯形件为例，通过对零件的形状及材料的性能分析计算后确定出最佳的工艺方案，给出了各成形工序图及润滑与软化处理规范，并对其中的变薄拉深工序进行了模具设计。在设计中，首先通过工艺力计算，选用了合适的成形设备，并根据工艺特点和成形设备特性，选择和设计了变薄拉深模具的主要零件，最后给出了变薄拉深模具的总装图。实践证明，所给出的成形工艺及设计的模具能够实现深杯形件的冷挤压成形，所成形的工件尺寸精度高、强度性能好。关键词：深杯形件；冷挤压；变薄拉深；模具设计中图分类号：T G 3 7 6 3文献标识码：A文章编号：1 0 0 0-3 9 4 0(2 0 0 7)0 3-0 0 6 8-0 3C o l de x t r u s i o np r o c e s sa n a l y s i sa n di r o n i n gd i ed 鹤i g nf o rd e e pc u p-s h a p e dw o r k p i e c eR E NG u o-c h e n 9 1，W A N GG u a n g-c h u n 2，X uS h u-b o z，C a iY u a n-x i n 9 1(1 S c h o o lo fM a t e r i a lS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g，S h a n d o n gJ i a n z h uU n i v e r s i t y，J i n a n2 5 0 0 1 4，C h i n a2 S c h o o lo fM a t e r i a lS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g，S h a n d o n gU n i v e r s i t y，J i n a n2 5 0 0 6 1，C h i n a)A b s t r a c t：T a k i n gad e e pc u p-s h a p e dp a r ta sa ne x a m p l e，t h eb e s tc o l de x t r u s i o np r o c e s sp l a nw a sd e t e r m i n e dt h r o u g ht h ec o m p o n e n ts h a p ea n dt h em a t e r i a lp r o p e r t ya n a l y s i s F o re v e r yf o r m i n gs t e p，t h el u b r i c a t i n ga n ds o f t e n i n gt r e a t m e n tc r i t e r i o nw e r eg i v e n T h ed i ef o ri r o n i n gp r o c e s sw a sd e s i g n e d I nt h ed i ed e s i g n，t h ea p p r o p r i a t ee q u i p m e n tw a sc h o s e nf i r s t l yt h r o u g hc a l c u l a t i n gt h ef o r m i n gf o r c e T h ei m p o r t a n tc o m p o n e n t so ft h ei r o n i n gd i ew e r ed e s i g n e da c c o r d i n gt ot h ep r o c e s sa n de q u i p m e n tc h a r a c t e r i s t i c s F i n a l l y，t h ea s s e m b l yd i a g r a mo ft h ei r o n i n gd i ew a sd e s i g n e d T h ep r a c t i c ep r o v e st h a tt h ep r o c e s sp r o p o s e di nt h i sp a p e ra n dt h ed e s i g nd i ec a nb eu s e dt oa c h i e v et h ec o l de x t r u s i o no ft h ed e e pc u p-s h a p e dp a r t T h es i z ep r e c i s i o no ft h ep a r tf o r m e db yt h i ss e to fc r a f t si sh i g h，a n dt h ei n t e n s i t yp e r f o r m a n e ei sa l s oi m p r o v e d K e y w o r d s：d e e pc u ps h a p e dp a r t；c o l de x t r u s i o n；i r o n i n g；d i ed e s i g n1引言性的目的 而且可提高材料利用率和生产效率。随着能源危机的日趋严重，人们对环境质量更加关注，加之市场竞争日益加剧，促使锻件生产向高质、高效、节材、节能的方向发展。因此，用冷挤压成形生产精化锻件的工艺手段，在市场竞争中将得到较大的发展。冷挤压技术是一种高精、高效、优质、低耗的先进生产工艺技术，较多应用于中小型锻件规模化生产中。与常规模锻工艺相比，可以节材3 0 5 0，节能4 0 8 0，而且，具有材料利用率高、产品质量好、生产效率高等诸多优越性。深杯形件在汽车及军工弹体等产品中有广泛的应用，采用冷挤压成形工艺，可同时达到成形与改*国家自然科学基金资助课题(5 0 4 7 5 1 3 0)及教育部新世纪优秀人才支持计划资助课题(教技司E 2 0 0 5 32 9 0 号)*男，3 0 岁，硕士研究生收稿日期：2 0 0 6 1 2 2 6；修订日期：2 0 0 7 0 1 2 52 典型深杯形件的工艺分析某深杯形零件如图1 所示，该零件所用材料为2 0 钢，其抗拉强度为巩=3 6 0 5 1 0M P a，挤压性能良好。此零件孔深为1 0 倍直径，直壁厚为0 2 5m m，几何形状简单。因零件壁厚较小，对模具精度和凸凹模的同轴度要求较高，模具的精度I T 7 级。2 1 坯料尺寸及形状确定考虑坯料制造误差和压力机行程下止点控制的误差，在长度上加修整量4 5m m。按零件图求得坯料体积V o-=4 0 1 4 3m m 3，坯料外径取d o 一9 5m m，以利于坯料在凹模模腔内定位。则毛坯高度为：h o V o A o 一4 0 1 4 3 -7 r 9 5 2 4 =5 6 7m l T l(1)式中A。坯料横截面积。坯料可采取带锯床下料，要求两端锯切平齐。万方数据第3 期任国成等：深杯形件冷挤压工艺分析及变薄拉深模具设计6 9图1 深杯形件工件图F i g ID e e pc u ps h a p e dp a r t2 2 挤压工艺方案确定2 0 钢反挤压e F 可为6 8 7 8，正挤压F 可为7 8 8 5，而工件的总变形程度为9 2 5 2，所以不能一次成形，应采用多道工序；该零件为典型深杯形件，可选用一次反挤压和一次正挤压工序成形。挤压杯形件的壁厚不小于1m m，而该工件的壁厚为0 2 5m m，因此，需在挤压工序完成后增加变薄拉深工序。为保证工件形状及精度，须在变薄拉深工序后增加整形工序和切边工序。经过对变形程度和挤压力的分析计算，可确定反挤压一正挤压一变薄拉深一整形一修边的工艺方案。各工序完成后的半成品工件如图2 所示。罅Ia m 5 妪烀驰(1)制坯工序(2)反挤压工序(3)正挤压工序脯(4)交薄拉深工序(5)整形工序(6)切边工序图2 深杯的成形工序图F i g 2F o r m i n gp r o c e d u r eo ft h ed e e pc u ps h a p e dp a r t2 3 润滑与软化处理为使材料在挤压过程中获得适合于塑性流动的变形条件，挤压前对坯料进行磷化皂化，提供足够的韧性，能经受重压而不致破坏的润滑层，以降低工具载荷，减小磨损，延长模具寿命。同样，在变薄拉深之前也要进行磷化皂化处理。为了提高材料的塑性，降低其硬度和变形抗力，以及消除冷作硬化和内应力，原材料以及挤压后的工件都要进行软化处理。热处理规范为：8 0 0 保温6h，随炉冷却到3 5 0，处理后的硬度为1 1 0-1 2 5H B S。由于变薄拉深后工件的残余应力很大，拉深完成后也要进行低温回火处理以消除之。3变薄拉深工序的模具设计深杯形件的正挤工序和反挤工序都属于常规工艺，在此对其模具设计不再赘述。反挤工序后的工件壁厚为1m m，而工件规定壁厚为0 2 5m m，可采用变薄拉深工艺达到要求。该工件的总延伸系数为4 4 4，平均延伸系数为1 6 5，所以，采用三层凹模的结构可完成该工艺。3 1 有关工艺力计算三层凹模的变薄拉深系数分别取0 5 3，0 6 3，0 7 6，则可求得其相应中间工序的壁厚为0 5 3，0 3 3 9，0 2 5m m，根据变薄拉深力的计算公式F 一兀d。(如m t。一，)O b K，可求得总工艺力为2 8k N，其中d。为n 次工序后工件外径，t 为壁厚，O b 为材料的抗拉强度，K 为系数，2 0 钢选2 0。由此可见变薄拉深工序的工艺力较小但凸模行程较长，因此可选用摩擦压力机完成该工序。3 2 模具的结构设计为便于脱模，凸模设0 0 的拔模斜度并设出气孔。为便于修模，顶部采用锥柄用螺钉固定在模柄上。凹模的工作高度不易太大，太大增加摩擦阻力，太小则易磨损。此处工件外径 1 0m m，工作带高度可均取0 9m m。由于凸模特殊的固定方式，采用非标准模座。上模座模柄与上模座做成一体，厚度取4 0m m；下模座厚度取5 0m m，模架尺寸为3 2 5m m X3 0 0m m。考虑到所选设备工作台尺寸较小，采用后侧导柱布置。选取标准导柱导套，闭合高度为1 9 0m m 左右，导柱3 2m m 1 9 0m m，导套3 2m m 1 0 5m m4 3m m。为增加导向精度，在拉深之前采用一校模圈放在凹模上端对模，对准之后将校模圈取下再进行拉深。模具结构装配简图如图3 所示。4结论(1)该工艺能够实现深杯形件的挤压成形加工且冷挤压件的尺寸精度高、强度性能好。(下转第9 5 页)哺，万方数据第3 期朱梅：气动肌腱驱动的小型压力机9 5K 的气动肌腱。从图8 可以看出，直径为4 0m m 的肌肉气缸，当压缩空气的压力仅为3 6 1 0 5 P a 即可满足气动肌肉的收缩量，肌肉的长度仅为1 2 3m m。比传统的刚性气缸尺寸大幅减小。如改变进气压力，可以准确控制气动肌肉的收缩量从而控制压力机的压力行程。图8 气动肌腱输出拉力与肌腱收缩率及压力之间的关系图F i g 8F o r c e-d i s p l a c e m e n tg r a p ho ff l u i d i cm u s c l e6结语气动肌腱作为一种新型的驱动器，由于其初拉力大、利用进气压力可以精确控制其行程、结构简单、尺寸小、重量轻的特点，从而在出力大行程小的应用场合具有普通气缸所不可比拟的优越性。本文中基于一根气动肌腱和斜楔与双铰链连杆机构组合所提出的设计方法是一种传动简单、结构紧凑、噪音小、增力比大且易于实现的小型压力机或台式冲压机的新型设计思路，为进行挤压或锻造等工艺的小型锻压设备的设计提供了一种新的驱动方式。参考文献：1 2 3 4 5 6 S t e f a nH e s s e T h eF l u i d i cM u s c l ei nA p p l i c a t i o nr M E s s l i n g e n，G e r m a n y：F e s t oA G C o K G，2 0 0 3 杨钢，李宝仁，刘军气动肌腱：一种新型气动执行元件 J 中国机械工程，2 0 0 3，1 4(1 5)：1 3 4 7 1 3 4 9 王雄耀，张国兴气动肌腱在振动料斗领域的应用 J 流体传动与控制，2 0 0 4，3(2)：2 8 3 0 F E S T 0 公司F E S T O 气动产品样本，E s s l i n g e n，G e r m a n y：F e s t oA G C o K G，2 0 0 5 李永堂，付建华，白墅洁，等锻压设备理论与控制 M 北京：国防工业出版社，2 0 0 5 隋立明，王祖温，包钢气动肌肉的刚度特性分析 J 中国机械工程，2 0 0 4，1 5(3)：2 4 2 2 4 4(上接第6 9 页)图3 变薄拉深模具装配图1 内六角圆柱头螺钉M S X 8 0m r n2 凸模3 上模座4 定位圈5 特型螺母6 导套7 凹模固定圈8 导柱9 下模座】o 凹模11 1 内六角圆柱头螺钉M 1 2m m X7 0I n I n1 2 凹模21 3 六角头螺栓M5m m X2 51 T I I T I1 4 圆柱螺旋压缩弹簧1 8m m X 2 5m m X 2 3n 2 r 11 5 托板1 6 弹簧固定法兰1 7 刮件器1 8 凹模31 9 圆柱销1 2 m i n x8 0 1 T i mF i g 3A s s e m b l yd r a w i n go ft h ei r o n i n gd i e(2)变薄拉深不同于普通拉深工艺，变薄拉深工艺成形的工件，金属晶粒细密，强度提高，壁厚均匀，粗糙度较低。(3)鉴于冷挤压和变薄拉深的特点，适合用来制造深孔类零件，可得到比较大的高径比，工件的质量也较好。参考文献：辛选荣，刘汀，周滨。特深孔钢件冷挤压工艺F J 3。锻压技术，2 0 0 5，3 0(1)：5 1 5 3 冯宝伟，胡江东日本汽车零件的冷锻技术 J 锻压机械，1 9 9 8，(3)：2 4 2 7 于玲，张治民复杂杯形件温挤压数值模拟 J 锻压装备与制造技术，2 0 0 6，(3)：4 8 5 0 梁炳文冷冲压工艺手册 M 北京：北京航空航天大学出版社，2 0 0 4 王树勋模具实用技术设计综合手册 M 广州：华南理工大学出版社，1 9 9 5 洪深泽挤压工艺及模具设计 M 北京：机械工业出版社，1 9 9 6|=I口口口邸 万方数据深杯形件冷挤压工艺分析及变薄拉深模具设计深杯形件冷挤压工艺分析及变薄拉深模具设计作者：任国成，王广春，徐淑波，蔡元兴，REN Guo-cheng，WANG Guang-chun，Xu Shu-bo，Cai Yuan-xing作者单位：任国成,蔡元兴,REN Guo-cheng,Cai Yuan-xing(山东建筑大学,材料学院,山东,济南,250014)，王广春,徐淑波,WANG Guang-chun,Xu Shu-bo(山东大学,材料学院,山东,济南,250061)刊名：锻压技术英文刊名：FORGING&STAMPING TECHNOLOGY年，卷(期)：2007，32(3)被引用次数：1次 参考文献(6条)参考文献(6条)1.辛选荣.刘汀.周滨 特深孔钢件冷挤压工艺期刊论文-锻压技术 2005(01)2.冯宝伟.胡江东 日本汽车零件的冷锻技术 1998(03)3.于玲.张治民 复杂杯形件温挤压数值模拟期刊论文-锻压装备与制造技术 2006(03)4.梁炳文 冷冲压工艺手册 20045.王树勋 模具实用技术设计综合手册 19956.洪深泽 挤压工艺及模具设计 1996 引证文献(1条)引证文献(1条)1.熊传林.武金有 钢质药筒冷挤压成形工艺研究期刊论文-机械工程与自动化 2009(2)本文链接：http:/