套简温挤压模具设计与制造

挤 压 模 技 术 p 挤 压 模 技 术5 套 筒 温 挤 压 模 具 设 计 与 制 造 洪慎章 上海交通大学塑性成形技术与研究院 上海2 0 0 0 3 0 摘要 分析 了套筒温挤压工艺 制订温挤压件图 温度选择 挤压力计算及设备选择 介 绍了套筒温挤压模具结构设计 选用模具材料及凸模 凹模的加工技术要求 阐述了温挤 压 工 艺 的优 点 关键词 套筒 温挤压 工艺 模具结构 h T 技术要求 中图分类号 T G 3 7 2 文献标识码 B De s i g n a n d M a n u f a c t u r i n g o f W a r m Ex t r u d i n g Di e f o r t h e S l e e v e A b s t r a c t I n t h i s p a p e r t h e a n a l y s i s o f t h e w a r m e x t r u d i n g t e c h n o l o g y f o r t h e s l e e v e t h e wa r m e x t rud i n g fi g u r e o f t h e f o r mu l a t e t h e t e mp e r a t u r e c h o o s e t h e c a l c u l a t i o n o f t h e e x t rud i n g f o r c e a r i d t h e c h o o s e o f t h e e q u i p me n t we r e n a r r a t e d T h e s t ruc t u r e d e s i g n o f t h e wa r m e x t r u d i n g d i e for t h e s l e e v e t h e d i e ma t e r i a l o f t h e s e l e c t i o n a n d ma n u f a c t u r i n g t e c h n o l o g i c a l r e q u i r e me n t s o f t h e p u n c h a n d t h e ma t r i x we r e i n t r o d u c e d Th e a d v a n t a g e s o f t h e w a r l T l e x t r u d i n g t e c h n o l o gy we r e e x p o u n d e d Ke y wo r d s s l e e v e wa r m e x t r u d i n g t e c h n o l o g y d i e s t ruc t u r e ma n u f a c t u r i n g t e c h n o l o g i c a l r e q u i r e me nt s 1 引言 温挤压成形技术是近年来在冷挤压塑性成形基础 上迅速发展起来的一种少无切屑塑性成形新工艺 又 称温热挤压 它与冷 热挤压不同 挤压前已对毛坯进 行加热 但其加热温度通常认为是在室温以上 完全再 结晶温度以下的温度范围内 对温变形的温度范围目 前 还没有一个严 恪的规定 有 时把变形前将 毛坯 加 热 变形后具有冷作硬化的变形 称为温变形 或者 将加热温度低于热锻终锻温度的变形 称为温变形 从金属学观点来看 区分冷 热加工可根据金属塑性变 形后有无加工硬化现象存在来决定似乎更合理些 随着汽车工业的迅速发展 随车用手工具的需求 量猛增 旧工艺已不能满足生产的要求 必需采用新 工艺来替代 与旧工艺相比 制件温挤压成形已成为 先进的少无切屑加工的方法 因为它具有如下许多优 点 显著降低原材料的消耗 提高劳动生产率 可成形复杂形状的制件 提高制件的力学性能 可获得较高尺寸精度及较小表面粗糙度值的制件 减少工序 缩短生产周期 减少设备投资 降低制 件的生产成本 手工具套筒扳手中的组合套筒是关键的组合零 件 按其形状属于轴对称制件 两端有不同的内孔形 状 即一端内孔呈方形9 5 x 9 5 m m 它用来与手柄方榫 配合 另一端为多角形 内棘轮孔 可传递扭矩使螺钉 紧合固定 旧工艺是热挤压成形工艺 然后再进行 车 钻 铣 插等金属切削加工方法制得 其生产工序 多而复杂 质量也不易保证 材料单耗及耗能均较高 生产效率较低 造成较高的生产成本 2 套简工艺分析及设计 温挤压工艺设计是工艺设计工作的第一步 它的 好坏 直接关系到制件质量 成本 生产效率及模具寿 命等 2 1 温挤压件图的制订 根据套筒制件图及温挤压工艺的基本要求 设计 时应考虑解决下列问题 1 确定分模面的位置 按制件挤压工艺的要求 采用上下2 个分模面 6 2 模具制造 2 0 1 4 年第9 期 挤 压 模 技 术 即一个 是 内孑 L 方形底端 闭式分模面 见图 1 中的 A A 另一个为内多角形底端开式分模面 见图 1 中 的B B 这样就形成 反挤压工艺 既内孔方形反挤 压和内多角形正挤压 图 1 套筒温挤压件 2 余量及公差套 套筒温挤压成形后 其外形尺寸精度及表面粗糙 度都已达到图纸上的技术要求 考虑到下料毛坯的 尺寸有公差 故在制件的一端高度加放 l m m余量 该 余量设在内多角形底端面 开式形状 因其端面还要 经机械加工 由于访形孑 L 和多角形孑 L 是采用盲孑 L 连接 上下两 个凸模不会相碰及产生磨损 3 模锻斜度 为了使制件温挤压后 应留在凹模内 由于采用 退料管方法 使制件从凹模内推出 因此可不设模锻 斜度 4 圆角半径 温挤压件尖角处的圆角半径直接影响着金属在 型腔内的流动 充满型腔 温挤压力 模具磨损及制件 转角处流线切断等 按该制件的相关尺寸查阅有关 手册可得 根据上述可得如图 1 所示 的温挤压件 2 2 毛坯尺寸的选择 根据套筒温挤压件的形状及尺寸 图 1 经所需 的体 积 计算 及 工艺 要 求 选定 圆形毛 坯 料 直径 为 b 2 2 mm 长度为 2 0 mm 2 3 温度的选择 由于具体的制件对象不同 挤压件的变形程度不 同 设备条件不同 对制件的性能 尺寸精度要求 表 面粗糙度值要求不同 所选择的温挤压温度也会有所 不同 根据4 5 钢在各种温度下的力学性能曲线可知 在 7 3 0 7 8 0 左右 具有最佳 的塑性变形 所 以应选 择该温度为温挤压成形温度 2 4 温挤压力的计算 该套筒制件进行上下正反挤压工艺 所以分别进 行计算 正挤压 P q F 丌 4 一d 口 式中q l 单位挤压力 MP a 查资料锝q 4 8 0 M P a 一 毛坯直径 mm d 挤压件工件直径 m m 代 入 得 P 0 7 8 5 X 2 2 1 6 4 8 0 8 5 9 1 0 4 N 8 5 91 k N 反挤压 P 2 q F 2 q 2 A 式 中q 反挤压时单位挤压力 M P a 查资料得 q 2 6 5 0 MP a A 正方形边长 mm 代人得 P 2 9 5 6 5 0 5 8 6 6 2 5 N 5 8 6 6 k N 总挤压力 P P P 2 8 5 9 1 4 5 8 6 6 1 4 4 5 7 k N 按模具外形尺寸的大小 应选用 1 6 0 0 k N闭式单 点压力机 2 5 设备的选择 温挤压加工 可在专用的机械挤压机上 也可以在 油压机上进行 温挤压的工作方式和结构在很大程度 上决定了生产率 制件精度 通用性和生产的安全陛 一 般说来 较高的滑块速度 必然带来较高的生产 率 机械压力机的操作速度 通常比油压机高 这是它 所具有 的突出优点之一 它的缺点是滑块的速度是随 着滑块的行程而改变的 在行程的中间 速度最大 当 滑块行至下死点时 速度减s J U 零 而油压机的优点 是在全行程 内提供不变 的压 力 它的缺点主要是一次 工作惊惶循环时间较长 行程次数较少 生产效率低 根据本制件的形状及变形工艺的要求 可选用曲轴 式机械压力机 该设备结构简单 工作行程和能量都较 大 并且行程次数也很高 符合大批量的生产要求 总之 选用 1 6 0 0 k N闭式单点压力机 3 模具结构设计及模具材料选择 温挤压成形用的模具 要 能承受温挤压塑性成形 时引起的较大轴向压力和径向压力 要求其强度高 刚度和精度都能适用各种成形工序的要求 尤其是模 架 要通用性好 便于安装 调整与更换 但实际上 由于压力机型式 规格和变形方式的不同 模具结构 也各种各样 且有所差异 1 模具结构设计 模具制造 2 0 1 4 年第9 期 6 3 挤 压 模 技 术 由于设备本身没装下顶出装置 套筒温压模具结 构采用倒装形式 如图2 所示 图 2 套筒温 挤压模具结构 1 推料杆2 上模座3 上垫板4 上凸模5 推料管 6 凹模 7 加 强圈8 定 料板9 钢球1 0 弹簧 1 1 下凸模1 2 定位 圈 1 3 下垫板1 4 下模座 本模具 由上下两部分 上模部分主要推料杆 1 上 模座 2 上垫板 3 上凸模4 推料管 5 凹模 6 加强圈 7 定料板 8 钢球 9 及弹簧 1 0 所组成 下模部分主要有 下 凸模 1 1 定位圈 1 2 下垫板 1 3 及下模座 1 4 所组成 模具 中由上 凸模 4 推料管 5 凹模 6 及下凸模 1 1 组 成 所需要的型腔 工作过程是 先将被加热好的毛坯送人凹模 6 下 端的定料板 8 内 定料板的放料腔 内有 3 个钢球 因受 弹簧的弹力把毛 坯夹住 使毛坯在挤压前不会落下 上下凸模4 1 1 的相对运动使毛坯进行上下正反复合 温挤压成形 由 于套筒制件的上 下形状不 同 挤压件上下部分的 变形程度分配不均 处于上部分 金属变形阻力小 容易流动 所 以 上端反挤压部分采用封闭形式 温挤压成形后还可用做退料用 下部分正挤压的端面 自由伸长不 予 以限制 成形后 通过 压力 机 滑块的回程动作 使推料杆 1 推动 推料管5 把挤压件从凹模 6 内退出 润滑剂采用石墨 油剂 用0 4 0 5 M P a 压力的压缩空气进行喷涂 2 模具材料 上凸模 4 凹模 6 及下凸模 1 1 在成形过程 中 要经 受高 压及 变形 热 的作用 最 大单位 挤 压力 高达 2 0 0 0 2 5 0 0 M P a 连续生产时模具温度可达 3 0 0 5 0 0 或 更 高 为 了 满 足 上 述 条 件 应 选 用 W6 M o 5 C r 4 V 2 热模具钢 热处理硬度为5 0 6 3 H R C 3 上凸模及凹模的加工技术要求 为了保证制件的质量 除了合理设计模具结构及 选用较佳的模具材料和热处理工艺以外 更重要的是 模具零件的加工技术要求 由于本温挤压模具中的 上凸模及凹模零件都要装在上模内 因此对这些上凸 模及凹模零件的加工技术要求都较高 如同轴度 平 行度及垂直度等 否则就会产生制件的各种缺陷 具 体的加工技术要求与其形状及尺寸有关 上凸模及 凹模的加工技术要求分别见图3 及图4 所示 4 结束语 在当今手工具迅速发展及广泛应用情况下 追求 产 品价格及质量 的竞争 日益剧烈 采用先进 的温挤 压成形技术是一项行之有效的最佳途径 它既能提高 产 品质 量及 材料利 用率 又 可明显减 少机械 加工工 时 从而大大降低了产品成本 经济效益显著 参考文献 1 洪慎章 冷挤压实用技术 M 北