钛电极毛坯墩头模设计

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序言随着高频炉和真空炉行业的发展，高频炉和真空炉里用的零件钛电极原先是用机械加工的方式生产，不仅生产成本高，而且生产效率也比较低。为了降低钛电极的生产成本，提高生产效率，国内一家高频炉和真空炉的配套企业与公司共同签订了钛电极毛坯镦头模的设计和加工合同，该零件采用的材料为钛。2

产品介绍钛电极可用于高频炉和真空炉上，另外还可用于酸性液体的测量仪上。钛电极产品如图1所示，有以下要求：①冷镦后的头部尺寸达到图样要求。②冷镦后头部不能有划伤、压痕，头部圆弧面表面粗糙度值Ra达0.32μm。③未注尺寸公差按孔H14、轴h14、长度JS14加工。钛电极的材料是钛合金，用普通设备很难浇铸成形，且使用普通工具很难将其焊接起来。钛合金的切削加工性能较差，主要原因是其导热性差，致使切削温度很高，降低了刀具的耐用度。图1

钛电极产品3

加工方式比较钛电极原来采用数控车床加工，需要经过5步加工工艺：下棒料→粗车→半精车→精车→车螺纹。加工时间长，对操作人员的操作能力要求较高，生产成本高，生产效率低。钛电极现在采用冲压的方式进行生产。首先根据钛电极的外形设计和制作一套镦头模，在冲床上先将钛电极的外形尺寸全部镦出，然后再将螺纹车出，将原来的5步工序缩减到了2步工序，不仅降低了加工成本，而且提高了生产效率。4

生产设备选用根据零件的形状要求和工厂现有的设备，选择25t冲床，型号为JN23-25A，滑块行程80mm，上滑块尺寸为170mm×210mm，下台面尺寸为330mm×500mm。根据现有冲床台面，模具闭合高度应控制在250mm以内。5

模具结构设计钛电极毛坯镦头模在开发初期遇到一些困难，冷镦后的钛电极形状没有达到图样的尺寸要求，通过对试模零件的分析和验证，最后发现是在模具设计阶段没有将凸模中部的圆弧R按照图样上该产品的头部尺寸设计。将凸模中部的圆弧R修成图样上该产品的头部尺寸，通过电脉冲电打成形，通过试模，冷镦后的产品头部形状符合图样要求。在整套模具的结构设计中，存在的难点以及采取的解决方法如下。1）在模具在凹模孔的下部设计一个顶料柱，用来将冷镦后的零件顶出，由于该电极的头部是圆弧形状，因此需要在凸模下部的中心设计一个向内的圆弧面，并且这个圆弧面的尺寸应和图样上电极头部的圆弧面相吻合，这样才能通过冷镦使电极头部的圆弧面符合要求。2）在这套模具中，如何顺利地将钛电极从凹模型腔内取出，成为设计的一个难点。通过对这套模具的分析，设计了一个拉板，对拉板进行受力计算，向外拉拉板这一较小的力将会对拉板上的顶料柱产生一个较大的顶力，从而克服钛电极冷镦后卡在凹模型腔的挤压力，使冷镦后的钛电极顺利地从凹模型腔内顶出。取出零件后，操作人员只需将拉板推向里面，拉板上面的顶料柱就会随着拉板上表面的斜面滑向最低端，然后就可放入下一个坯料进行冷镦。3）由于在冷镦的过程中会产生一个较大的冷镦力，为了避免凹模和凸模出现破裂，需要在凹模和凸模外面增加预应力圈，依靠预应力圏的包紧力来增加凸模和凹模的强度。最后，采用热镶的形式将凸模和凹模分别镶入凸模固定板和凹模固定板内，通过固定板的包紧力来增加镶件的强度。将热镶的过盈量全部定为0.05mm，凹模和凸模的上表面和公差孔全部在热镶后进行精加工，这样可以保证内孔与外圆的同轴度。全部镶件的材料均选用YG15，凹模固定板和凸模固定板材料选用45钢，该模具不选用上模座，而是在模柄上设计一个沉孔，通过顶丝将凸模固定板顶在模柄沉孔内，从而节省了制作上模座和上垫板的费用，而且使该模具便于维修，拆卸方便。6

关键点解析为了方便取零件，最初这套镦头模设计成了分体式（见图2），通过手把搬动凸轮，实现模具下模部分的开合。但经过分析论证，发现这套模具存在缺陷，由于模具下模部分是由两部分组成，在结合处必然存在缝隙，钛电极冷镦时，头部材料在流动的过程中，由于有缝隙的存在，极有可能使电极头部在有缝隙的地方形成分型面，从而无法满足图样要求。因此，将钛电极冷镦模设计成整体式（见图3），通过这一设计，保证了冷镦后产品各项尺寸的正确，同时也减少了模具的制作费用，延长了模具的使用寿命。图2

分体式模具结构1—凸轮

2—手把

3—下模座

4—下垫板

5—凹模固定板

6—凹模

7—凹模镶件

8—凹模盖板

9—凸模

10—模柄图3整体式模具结构1—下模座

2—下垫板

3—凹模固定板

4—凹模镶件

5—凸模镶件

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