第五章冷挤压加工工序的设计.ppt

第五章冷挤压加工工序的设计 第五节冷挤压件的加工精度冷挤压件要满足一定的尺寸精度 形状精度和表面粗糙度 一 冷挤压件的尺寸精度 一 影响尺寸精度的因素1 设备的刚性及负荷能力的影响设备的刚性及负荷能力对能否获得挤压件精确的轴向尺寸有直接关系 轴向尺寸 指的是杆形件的余料厚度 杯形件的底部厚度及复合挤压件的中间隔厚 设备的刚性不好 挤压时模具的弹性变形量会很大 必然引起轴向尺寸的波动 设备的吨位越大 挤压件尺寸越稳定 尺寸偏差越小 第五章冷挤压加工工序的设计 2 模具尺寸精度的影响挤压件的尺寸偏差受模具尺寸变化的影响最大 而影响模具尺寸变化的因素有 模具升温 模具弹性变形 模具材料 制造精度以及磨损等 1 模具的温度升高挤压件形状越复杂 变形程度和挤压力越大 温度升高越明显 使模腔尺寸加大 挤压件尺寸波动变大 2 模具的弹性变形主要取决于所承受工作压力和毛坯材料 挤压件的变形程度和尺寸等因素 控制挤压变形程度 提高被挤压材料的塑性 选用优质模具材料对减少模具弹性变形有益 3 模具的制造精度模具的制造精度越高 挤压件的尺寸精度也必然增高 但过高的模具精度会增加制模成本 4 模具的磨损模具的磨损不可避免地影响工件尺寸精度 因此 在设备与制造模具时 要保证模具具有最大的磨损留量 第五章冷挤压加工工序的设计 3 坯料材料的性能及制造精度的影响坯料材料的成分 组织和性能 以及备料时的形状偏差对挤压件尺寸精度的影响 突出表现在对挤压力大小的影响上 这些因素促使挤压力的变化必然要反映在模具的弹性变化的差异上 从而对挤压件尺寸产生误差 4 变形条件的影响在一定条件下提高变形速度可以使摩擦因数降低 挤压力减小 同时由于变形速度提高 产生的热来不及散失 会使挤压件温度升高 变形抗力降低 因而模具的弹性变形量和磨损都会减少 提高挤压件的压力精度 另外 将坯料进行良好的表面润滑处理 可减小摩擦因数 降低挤压力 使模具和弹性变形量和磨损量也相应减小 第五章冷挤压加工工序的设计 一 冷挤压件的尺寸精度 二 黑色金属挤压件的尺寸精度表5 3 5 4上所列的正挤压实心件和反挤压杯形件的尺寸偏差的概略数值 第五章冷挤压加工工序的设计 第五章冷挤压加工工序的设计 第五章冷挤压加工工序的设计 二 冷挤压件的形状精度形状精度对简化加工工艺 减少加工余量和废品等方面有重要意义 反挤压杯形件时 形状畸变的形式主要有孔口端面坡口 h1 和底棱缺肉 h2 两种 孔口端面的坡口形状是在反挤压一开始就产生的 与以后的继续挤压无关 坡口 h1的大小与润滑条件 变形程度和壁厚s0大小的关 先在坯料端面预成型一个凹窝 h3 使 h3 h1 然后对端面进行封闭挤平 可消除孔口端面坡口 第五章冷挤压加工工序的设计 正挤压件的自由端凸起是形状畸变的主要形式 正挤压实心件时 坯料被挤出模口以后 便不再继续变形 只作刚性平移 挤压一开始就在端头形成的凸起形状 一直保持到挤压终了 当凹模锥角越大 变形程度越大以及润滑条件较差时 自由端凸起 h4就越大 第五章冷挤压加工工序的设计 三 冷挤压件的表面粗糙度冷挤压件的表面粗糙度取决于模具工作表面的粗糙度 由于几何形状 挤压方法和模具结构不同 挤压件各部位上的表面粗糙有所不同 一般情况下 挤压件外表面的表面较粗糙 内表面较光滑 模具表面粗糙度应低于挤压件相应处表面粗糙度1 2级 毛坯的材料种类不同 挤压后挤压件的表面粗糙度相差也很大 例如 硬铝挤压后表面不及钢光洁 润滑剂的质量及其涂覆方法对挤压件表面粗糙度影响也较大 润滑剂过厚或严重不均时 挤压件表面粗糙度值就会上升 第五章冷挤压加工工序的设计 第六节冷挤压工艺方案的制订一 制订冷挤压工艺方案的技术经济指标为确保冷挤压工艺方案在技术 经济上的合理性和可行性 常采用下述几个指标来衡量 1 冷挤压件的尺寸越大 所需设备吨位越大 困难增加 2 冷挤压件的形状越复杂 变形程度越大 所需冷挤压工序数目就越多 3 冷挤压件的精度和表面粗糙度有一定限定 增加修整工序可提高 4 冷挤压件的材料材料影响许用变形程度 冷挤压难度 5 冷挤压件费用一般包含材料费 备料费 工具及模具制造费 冷挤压加工费及后续加工费等 这是一综合指标 往往是决定工艺方案是否合理 可行的关键因素 6 冷挤压件的批量批量大时可以使总成本降低 第五章冷挤压加工工序的设计 对以上几个指标进行全面分析 平衡后 就可以选择一个最佳的工艺方案 最佳工艺方案的标志是 采用尽可能少的冷挤压工序和中间退火次数 以最低的材料消耗 最高的模具寿命和生产效率 冷挤压出符合技术要求的冷挤压件 冷挤压加工全过程应包含下料工序 预成型工序 辅助工序 冷挤压工序以及后续加工工序等 第五章冷挤压加工工序的设计 二 预成型工序要点预成型工序是指得到半成品冷挤压件的工序 它主要是进行材料体积变形量的分配 为成品冷挤压件作形状和尺寸方面的准备 一 预成形工序半成品的形状和尺寸的确定确定预成形工序半成品和形状和尺寸 主要是要符合金属变形的规律和冷挤压变形的具体要求 第五章冷挤压加工工序的设计 1 预成型工序半成品的设计 应该最大限度地满足工艺和质量要求 比如 冷挤压带有凸缘的深孔杯形件时 如果半成品是平底的 那么在成品挤压时在孔底转角附近就会出现孔收缩缺陷 见图5 20a 如果将半成品底部设计成阶梯形 使其小端尺寸与成品杯体一致 则成品的形状就很理想 见图5 20b 第五章冷挤压加工工序的设计 2 选择预成形工序半成品形状时 要保证其在变形过程中与模壁之间的接触面最大 例如 一般有外台阶的冷挤压件 取用锥形过渡能改善变形条件 3 在确定半成品形状与尺寸时 应该考虑冷挤压件局部成形的工艺需要及材料储备 例如 反挤底部中心圆柱高于四周的圆柱形零件时 中心圆柱的高度h应在中间工序里先挤出来 第五章冷挤压加工工序的设计 4 采用多道工序挤压锥形件时 预成形工序半成品形状不应与成品的锥体形状一致 而且一般是前者的锥形要大些 这样做能使半成品放入凹模后与模壁下部有一定空隙存在 称为工艺悬空 使得在成形过程中成形力减小 又能提高成形件锥体部分的表面质量 第五章冷挤压加工工序的设计 二 各道工序间的尺寸配合1 径向尺寸配合关系确定径向尺寸配合关系的原则是 使坯料或半成品能够自由放入下一道工序的膜腔内 如挤压件成品外径尺寸为D 半成品的相应尺寸应减小一间隙值Z2 为D Z2 坯料外径再减小一间隙值Z1 为D Z2 Z1 各道工序的变形质量不同 配合间隙取值是不一样的 其规律是从坯料到成品间隙值逐渐减小 成品工序间隙值Z1视挤压件的精度要求确定 通常在0 05 0 1mm 第五章冷挤压加工工序的设计 2 轴向尺寸的配合关系成品挤压时 将金属坯料挤入凹模型腔内 使轴向尺寸增加一高度 H 因此 半成品轴向尺寸H1应略大于坯料轴向尺寸H0 略小于成品相应处轴向尺寸尺寸H2 轴向尺寸之间的差异受具体零件的形状尺寸 变形特点 材料性能及变形程度大小来决定 3 其它尺寸的配合关系为了防止金属滞流 半成品的过渡部位应设计成锥形 为了避免金属的堆积 半成品的圆角半径应与成品相应处的圆角半径相协调 即R1 R2 第五章冷挤压加工工序的设计 三 工艺轴的利用工艺轴是为了改善金属的流动条件 降低挤压力 保证获得合格产品 旨在改善挤压件的挤压工艺性而设置的挤压工艺余块 例如图5 24a为具有通孔的带凸缘的挤压件 通常采用反挤压后再镦挤凸缘的方法成形 挤压力大 金属流动流程长 容易产生废品 如对挤压件进行改进设计 在半成品下端设置工艺轴 使之由反挤压变为复合挤压 再去除工艺轴 可降低单位挤压力 第五章冷挤压加工工序的设计 第七节冷挤压工序设计举例一 轴类件1 一端具有粗大头部的实心件若其变形程度在材料的许用变形程度之内 可以一次挤压成形 1 可采用直径为d1的坯料一次正挤压成形 2 可采用直径为d3的坯料一次冷镦成形 3 取直径介于d1和d3之间的坯料镦挤成形 第五章冷挤压加工工序的设计 2 具有阶段的台阶轴由于一次挤多台阶 金属流动 模具寿命 工件顶出都会发生问题 因此 原则上应在压力机上一次挤出一个台阶 可采用正挤压 镦挤等 1 应用正挤压方案时 坯料直径取零件最大台阶的直径d2 先用正挤压挤出d3部分 再挤出台阶孔d1 2 采用镦挤方案时 坯料直径取次台阶的直径d1 先挤出直径d3 再将d1镦粗到d3 第五章冷挤压加工工序的设计 二 空心件1 阶梯孔坯形件杯形件的内孔呈阶梯形 直径相差较大时 一般首先反挤压大孔 再反挤压小孔 反挤压小孔时 容易产生 金属瘤 因此阶梯孔的台阶处 应该采用锥形过渡 第五章冷挤压加工工序的设计 2 深孔杯形件 1 变形程度不超过许用变形程度时 孔深在2 5倍直径以下 可以一次反挤压成形 2 孔深大于2 5倍直径时 就必须分两次挤压工序成形 通常采用反挤制坯 正挤压使外径逐渐变小 再切除挤压余料 3 采用挤压与变薄拉深相结合的方法成形 第五章冷挤压加工工序的设计 3 带凸缘杯形件其成形工艺见图5 28 如果杯壁不是很薄的话 可以不采用拉深工序 能获得长的零件是空心件正挤压的主要优点 第五章冷挤压加工工序的设计 4 管状空心件 1 采用杯 杯复合挤压一次成形 然后采用机械加工方法 将中间连皮切除 该工艺由于中间切削加工会导致产品质量问题 2 采用实心坯料 经过反挤压后 最后将底部冲掉制成 3 采用空心坯料进行贯穿挤压 第五章冷挤压加工工序的设计 三 凸缘件按凸缘的形状特征与所处部位不同 可以将凸缘类零件分成五种基本类型 成形凸缘的基本方法是挤压和冷镦 凸缘以外的部分形状采用挤压成形 大多数的凸缘形状主要采用冷镦 或者以冷镦为主要成形方法的镦挤结合 第五章冷挤压加工工序的设计 1 杯口带凸缘的杯形件 1 当凸缘比较小时 可采用在反挤压的杯形坯料上直接冷镦凸缘 第五章冷挤压加工工序的设计 1 杯口带凸缘的杯形件 2 当凸缘厚度小于壁厚时 可采用先反挤压兼翻边 再冷镦凸缘 需要注意的是 翻边时锥形部分的边缘容易开裂 所以它适用于材料塑性较好的工件 第五章冷挤压加工工序的设计 1 杯口带凸缘的杯形件 3 当凸缘较厚时 首先在实心坯料上镦制出凸缘 之后反挤压成形 挤压瞬间凸缘隆起 形成一个自然的锥形 当凸模进行模腔后 成形的部位则作刚性平移 同时完成杯体的加工 最后将凸缘镦压成形 第五章冷挤压加工工序的设计 2 中间带凸缘的杯形件该类零件可采用先反挤压制成盂形件 再正挤压出半成品杯形件 然后冷镦凸缘 第五章冷挤压加工工序的设计 3 凸缘位于一端的空心件 1 可采用管状坯料正挤压一次成形 2 采用实心毛坯 先反挤制坯 冲底 然后正挤压空心件 再冷镦凸缘 第五章冷挤压加工工序的设计 4 杯底带凸缘的杯形件成形这类零件时 一般取介于凸缘 D 与圆柱体直径 d 间某一尺寸为毛坯外径 d1 首先挤压出部分内孔与外圆柱部分 然后将残余的尾部冷镦至凸缘尺寸 第五章冷挤压加工工序的设计 四 齿形类零件1 内壁带有花键或外圈带有齿形的零件宜用管状坯料正挤压挤出端部 A 的齿形不饱满 必须切除 如果外径全部为齿形 可以采用贯穿挤压的方法 成形后再将齿坯切成要求的厚度 第五章冷挤压加工工序的设计 2 花键轴挤压花键轴大多数为长轴类零件 通常采取减径挤压 实现该工艺的前提条件是挤压力不超过坯料传力段的屈服应力 否则将产生弯曲和镦粗变形 第五章冷挤压加工工序的设计 3 齿轮镦锻镦锻加工可以很好地用于圆锥齿轮 小齿轮等的冷态铸造 带有齿轮的制品 先将棒料坯料的头部镦粗 然后在下一道工序再进行成形镦锻 形成齿形 第五章冷挤压加工工序的设计 五 锥形件锥形件挤压时因变形区域和摩擦面大 变形抗力大 因此 锥形件的挤压工艺较为复杂 大多数采用多道挤压工序或各种成形方法的组合来成形 锥体的成形一般在最后一道工序进行 第五章冷挤压加工工序的设计 1 实心锥形件坯料直径按工件的圆柱部分尺寸选择 在封闭式模具中进行冷镦成形 型可直接冷镦成形 型需先挤成台阶形 再冷镦 被镦杆部的自由部分的长度与直径之比在2 5以下时 可以一次成形 在2 5 4 5之间 可两次冷镦成形 大于4 5 6时 需三次冷镦成形 第五章冷挤压加工工序的设计 2 浅杯锥形件 型零件可以直接反挤压成形 但随着内孔深度的加大 润滑将发生困难 因此内孔深度与直径比应限制为1 5 2之内 随着变形程度的增加 挤压力上升很快 变形程度应控制在50 以下 型零件不宜直接用反挤压成形 可采用复合挤加工方法 型零件为内外都有锥度的锥形件 可以用扩锥挤压的方法成形 第五章冷挤压加工工序的设计 3 杯 杆类锥形件一般均需两道工序 第一道成形锥体之外的大部分形状 第二道镦挤锥体 型零件一般用正挤杆部和反挤锥杯两道工序 若锥孔较浅 上下变形程度相近时 亦可一次复合挤压成形 型零件可利用 型零件作半成品镦挤成形 第五章冷挤压加工工序的设计 4 复杂锥形件一般均需两道工序 先用正挤 反挤或复合挤压制出一个中间形状 然后再冷镦锥体 并将其它部位加工至要求尺寸 镦体冷镦时 一般在半封闭式的冷镦模内进行 第五章冷挤压加工工序的设计 5 空心锥形件通常用圆杯或管状坯料以正挤或复合挤压一次成形