1、端子冷挤压工艺及模具设计研究锻压技术 2006 年第 5 期端子冷挤压工艺及模具设计研究王大勇,田孝飞(1.大连交通大学材料科学与工程学院,辽宁大连 l16028;2.大连机车车辆有限公司,辽宁大连 l16021)摘要:通过对端子的工艺分析,提出无芯冷挤压工艺 .研究了工艺参数选择计算,模具设计和质量控制.采用了保证工件与下模型孑 L 对中性良好的具有导向的组合式模具结构 .对试验中出现的质量问题,采取了可行的措施.经生产验证,该挤压工艺简化了工艺装备和操作,节省了原材料,能够提高工件精度,生产率,表面质量和机械性能,有一定的经济效益和社会效益.对该类产品的毛坯生产,有一定借鉴意义.关键词:无
2、芯冷挤压;工艺;模具结构;缺陷;端子中图分类号:TG376.3 文献标识码:A 文章编号:1000-3940(2006)050107-03StudyofterminalcoldextrusionprocesswithoutmandrelcraftandmolddesignWANGDa-yong,TIANXiao-fei(1.SchoolofMaterialsScienceandEngineering,DalianJiaotongUniversity,DalianLiaoning116028,China;2.DalianLocomotiveandRollingStockWorks,DalianL
3、iaonmg116021,Chian)Abstract:Thecoldextrusionprocesswithoutmandre1craftisintroducedthroughtheprocessanalysisoftheterminalinthispaper.Theselectionandcalculationofprocessparameters,diedesignandqualitycontrolarestudied.Thecompoundmoldstructurewithaguidetoassurethecenterofthepartanddownmoldholearedevelop
4、ed.Feasiblemeasuresareadoptedtosolvethequalityproblemsintheexperiment.Thepracticeresultsshowthatitsimplifiestheequipmentandoperatingprocess,savesmaterials,improvesthefinishedprecisionoftheparts,productionrate,surfacequalityandmechanicalproperties.Thebenefitsofeconomicandsocialaregained.Theapplicatio
5、nofcoldextrusionprocessfortheterminalhasareferencevaluetothesimilarparts.Keywords:coldextrusionwithoutmandrel;formingprocess;mouldstructure;partdefect;terminal引言冷挤压是一种少无切削加工工艺.它是在室温下利用模具的压力使模腔内的金属毛坯毛坯产生塑性变形,从而获得所需的形状,尺寸以及一定力学性能的挤压件.冷挤压零件尺寸精度高,材料耗费少,生产*男,35 岁,高级工程师收稿日期:2005U 一 02率高,而且可以获得合理的金属流线分布,提高
6、零件的承载性能,所以冷挤压技术近年来发展迅速.图 1 所示为内燃机车端子锻件毛坯图,零件材料为 T2 紫铜,原工艺是加热后在 0.25t 蒸汽锤上用图 1 端子锻件图Fig.1Terminalforgingdrawing(5)因其他系列的芯子形状与芯子(JWT-132)相似 ,所以亦可采用冷挤压生产技术,该方法是值得推广的生产矿用液压管接头的工艺.参考文献:12Is:4l_5:1吴诗悖.冲压工艺及模具设计M.西安:西北工业大学出6_版社,2002.洪深泽.挤压工艺及模具设计M.北京:机械工业出版社,1995.杨长顺.冷挤压工艺实践M.国防工业出版社,1984.王孝培.冲压设计资料M.北京:机械
7、工业出版社,1990.冯炳尧,等.模具设计与制造简明手册M.上海:上海科学技术出版社,1985.胡亚民,等.精锻模具图册M.北京:机械工业出版社,200.107胎模,每件需锤击几十次,生产效率很低,零件的表面质量较差.为了克服上述不足,对端子的成形工艺进行了研究.2 工艺方案与工艺参数选择2.1 工艺分析零件材料为紫铜,其屈服强度低,塑性好,而且零件为轴对称形状,适合采用冷挤压成形.管件冷挤压分为有芯棒冷挤压和无芯棒冷挤压两种.有芯棒可限定成形后的管件内径,模具结构复杂,主要用于要求管件壁厚不变或减薄的工件;无芯棒成形过程中不仅有轴向伸长,而且壁厚将增厚,适用于内径和壁厚尺寸无严格要求的管件生
8、产.无芯冷挤压模具无芯轴,结构简单,容易制作,操作容易,生产效率高,一次挤压可得到较大的断面缩减率,而使变形次数减到最少.针对该零件内径壁厚尺寸无严格要求的特点,适合无芯棒冷挤压工艺.2.2 挤压变形程度冷挤压变形程度是表示挤压时金属塑性变形量大小的指标.常用的变形程度表示方法是断面缩减率:一(A0 一 A1)/A01009/6(1)式中 A.冷挤压前毛坯横截面积A冷挤压后毛坯横截面积冷挤压时,一次挤压加工所容许的变形程度,称为许用变形程度.紫铜件正挤压许用断面缩减率为909/6959/6.经计算端子的变形程度一 31,小于许用变形程度,所以该工件可进行一次挤压成形.2.3 挤压力计算和设备选
9、择(1)挤压力计算挤压力的确定是模具设计,模具材料和挤压设备能力选择的依据.计算挤压力的方法很多,常用的有图算法与公式计算法两种.以经验公式计算挤压力:P 一 2“/h7b,FK.ANZnabA式中 F挤压力 (N)K安全系数,通常取 1.3单位挤压力(MPa)一模具形状影响系数,本计算取值 0.8挤压方式及变形程度修正系数aln(A./A1)+6挤压前毛坯的抗拉强度(MPa),对于T2 紫铜=220MPaA凸模与毛坯接触面积在垂直于挤压力108的平面上的投影面积(mm)“,6与材料有关的系数,对有色金属 a一 3.1460.8计算一“ln(Ao/A1)+61.97P 一一 0.81.9722
10、0346.72(MPa)FKpA 一 1.3346.723.14(32 一26)/4123132(N)12.3(t)(2)挤压设备选择由于冷挤压坯料变形抗力大,作用于设备的时间较长,从坯料开始变形即达到最大负荷直至变形结束,因此选用全行程压力不变的液压机作为冷挤压设备.根据工厂的实际情况,选用 600kN 油压机.3 模具设计3.1 模具结构及使用方法端子冷挤压模采用组合结构,如图 2 所示.工作时,首先将上模 1 抬起,然后将坯料竖直放人下模 3.上模 1 压下,压靠后立即回程复位,顶料装置 5 随之将工件从下模 3 中顶出得到成品,完成一个工作循环.图 2 端于冷挤压模不恿图Fig.2Co
11、ldextrusionmolddiagramofterminal1.上模 2.导正环 3.下模 4.下模座 5.顶料装置3.2 模具工作零件设计由于冷挤压时单位压力高,为了保证模具使用寿命,模具工作零件的材料应具有较高的强度,韧性,耐磨性以及热硬性.由于模具的下模块是主要工作零件,因此选用 Cr12MoV 钢制造,热处理硬度为 58HRC 62HRC,淬火后抛光处理 .为了提高下模强度,防止产生纵向裂纹,采用预应力组合式,可根据下模内壁侧向单位挤压力 P的数值确定组合型式根据文献1得309/6,1 一 P 一 346.72MPa1000MPa1200MPa 时,所以可采用整体式下模结构.图 3
12、 所示为下模结构简图,人模角 a 减小,挤压力则会降低.但取值太小时,工件与缩径模的接触面积增加,摩擦阻力也相应增加,挤压力也必须增大,人模角应有一个最佳值.此外,人模角 a 值还受到工件图纸尺寸的限制,应该与工件的过渡锥斜度相同,因此取人模角 a 一 12.试验表明,下模的导出部分长度对挤压力的影响很小,在计算中可忽略不计.但导出部分长度对挤出段的弯曲变形程度有很大影响.将下模的导出部分加长,既便于顶出工件,又防止工件变形时产生弯曲.图 3 挤压下模简图Fig.3DiagramOfdownmold为了降低冷挤压力,提高零件表面质量,延长模具使用寿命,还应降低模具的粗糙度和进行合理的润滑处理,
13、因此采用机油润滑,模具粗糙度为Ra0.8,经生产验证,取得满意效果.4 挤压过程常见质量问题及改进措施4.1 端部翘曲毛坯在沿模壁流动时,由于模壁与变形金属之间存在着摩擦阻力,使内层金属流速大于外层部分金属流速,这样就产生了自相平衡又互相牵制的附加内应力.管子外壁受拉应力,内壁受压应力.当变形结束,外力消失后,附加内应力残留在工件内成为残余应力,内,外层方向不同的残余应力使内外层金属产生方向相反的弹性变形.工件脱离模具后,毛坯缩径部分的端部会产生向外翘曲的现象,如图 4 所示,翘曲高度0.5mm.防止端部翘曲的主要措施为加强模具润滑,提高模具加工精度和降低表面粗糙度,并使用组织均匀的原材料.4
14、.2 顶部折叠当变形阻力大于挤压力时,生产中会出现图 5所示的顶部金属折叠现象,这种现象主要是由于模图 4 翘曲现象示意图Fig.4Diagramofwarpphenomena具表面粗糙度太大或润滑不好引起的,在降低模具粗糙度并加强润滑后,可防止这种现象的发生.图 5 金属折疆示意图Fig.5Diagramofmetalfold5 结论(1)端子采用无芯冷挤压工艺成形,对比采用原胎模锻工艺,可提高零件的精度,表面质量和力学性能,简化了工艺装备和操作.(2)采用具有导向的组合式模具结构,工件与下模型孔对中性良好.(3)对于内径无严格要求的圆管形工件来说,是一种高效率,低成本的加工方法.经生产验证,该方案切实可行,满足设计要求.参考文献:E13 王孝培,冲压手册M.北京:机械工业出版社,1991.2吴诗悖.冷温挤压技术 M.北京:国防工业出版社,1995.3黎文峰.厚壁管件开式冷挤压成型的试验研究J. 锻压装备与制造技术,2004,(4)55 57.109
