【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 時(shí)采用一次成形，會(huì)出現(xiàn)擠壓件開裂或模具過早地?fù)p壞。究竟設(shè)計(jì)幾道擠壓工序合理，應(yīng)根據(jù)零件形狀、尺寸不同，所用材料性能不一樣，變形程度大小、零件質(zhì)量要求 和 現(xiàn)有設(shè)備綜合考慮。綜上所述，在擬定工藝方案時(shí)，即要考慮技術(shù)上的可能性和先進(jìn)性，又要注重經(jīng)濟(jì)效益。 為此，在設(shè)計(jì)工藝方案時(shí)，應(yīng)該擬定兩個(gè) 或兩個(gè) 以上的工藝方案，然后對(duì)這些方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益、技術(shù)可行性和先進(jìn)性分析，以便得出最佳方案。在選定最佳方案后，進(jìn)行擠壓件圖設(shè)計(jì)，確定毛坯尺寸和形狀，設(shè)計(jì)變形工序的尺寸。當(dāng)然要做到這一步，應(yīng)擬定的工藝方案進(jìn)行大致的計(jì)算，才能將各種方案的主要指標(biāo)進(jìn)行比較，才能選出最佳方案。 在此依照上述理念，對(duì)本次冷擠壓工序數(shù)目進(jìn)行確定。 依據(jù) 螺釘 的形狀尺寸計(jì)算其總變形程度，得出其應(yīng)變不超過一次冷擠壓工序的許用應(yīng)變，從這一點(diǎn)考慮該零件可以一次擠壓成形。然而為了利于卸件，使凸模不易折斷，提高模具使用壽命和改善加工工藝，在生產(chǎn)中采用 三 次 擠壓成形方案。另外在擠壓成形前，坯料準(zhǔn)備階段還要進(jìn)行一次整平。 具體有以下安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 14 幾道工序： （ 1） 制坯工序設(shè)計(jì) 擠壓是一種高效率工藝，特別是對(duì)于大批量零件的生產(chǎn)，一旦采用冷擠壓方法投產(chǎn)，那么擠壓前毛坯的下料，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)來講具有重要意義。 目前原材料一般采用棒料、板料、線料及管材等，而多數(shù)采用棒料。在此選為棒料。而棒料一般采用切削下料或剪切下料。由于棒材用切削下料，材料利用率可達(dá) 70%90%,而用剪切下料，材料利用率可達(dá) 95%100%。故從材料利用率上考慮，棒料冷態(tài)剪切是生產(chǎn)毛坯方法中最迅速和最便宜的一種，其中包括全封 閉式截切模和半封閉式截切模。它們常常用于生產(chǎn)中小尺寸直徑的毛坯 ,它具有以下一些優(yōu)點(diǎn)： ， ， .但相比較而言前者截切端面質(zhì)量好一點(diǎn)， 故 在此采用全封閉式截切模。 用截切模制備坯料，生產(chǎn)效率高，材料利用率高，但截?cái)嗝姹容^粗糙，端面與中心軸線不能保持垂直，有一定的斜度，尤其是半封閉截切模，這種情況尤為嚴(yán)重。因此坯料在截切后，一般用鐓平模將坯料端面壓平并校形后再進(jìn)行擠壓。 （下料由于 H0／ D0=／ 20=≥ 故選用剪切下料 即 采用全封閉式截切模來剪切下料； ） 綜上所述，得出： ； ； ：剪切下料 ─ 鐓平 ─ 校形。 （ 2）預(yù)成形工序設(shè)計(jì) 預(yù)成形工序是指得到半成品冷擠壓件的工序，它主要是進(jìn)行材料體積變形量的分配，為成品冷擠壓件作形狀和尺寸方面的準(zhǔn)備。它對(duì)冷擠壓工藝的成敗和冷擠壓件的質(zhì)量 以及 尺寸精度都有重要的影響。 確定預(yù)成形工序半成品的形狀和尺寸，主要是要符合金屬變形的規(guī)律和冷擠壓變形的具體要求。要求如下： A．預(yù)成形工序半成品的設(shè)計(jì)，應(yīng)該最大限度地滿足工藝和質(zhì)量要求。 B．選擇預(yù)成形工序半成品形狀時(shí)， 要保證其在變形過程中與模壁之間的接觸面最大。 安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 15 C．在確定半成品的形狀與尺寸時(shí)，應(yīng)該考慮冷擠壓件局部成形的工藝需要及所需要的材料儲(chǔ)備。 D．采用 多道 工序擠壓錐形件時(shí)，預(yù)成形工序半成品形狀不應(yīng)與成品的錐體形狀一致，而且一般是前者的錐形角要大些，這樣能使半成品放入凹模后與模壁及模腔下部有一定空隙存在、使得在成形過程中成形力減小，最后又能提高成形件錐體部分的表面質(zhì)量。 （ 3）終成形設(shè)計(jì) 終成形工序是將預(yù)成形產(chǎn)品最終一次性成形為所需成品的最終工序。在這個(gè)工序里，將擠出帶有一定余量或沒有余量，符合擠壓件圖形狀、尺寸及質(zhì) 量要求的擠壓完成品。 終成形工序是按照擠壓件圖進(jìn)行設(shè)計(jì)的。設(shè)計(jì)時(shí)除考慮擠壓件圖上形狀和尺寸要求，滿足變形需要外，還應(yīng)考慮預(yù)成形工件形狀及尺寸對(duì)它的影響以及它們之間的配合關(guān)系。 （ 4）輔助工序設(shè)計(jì) 輔助工序設(shè)計(jì)是指除坯料準(zhǔn)備和成形之外的其他工序，如除油、酸洗、退火、潤(rùn)滑和機(jī)械加工等。接著將分別對(duì)這些工序講述一下： 1） 軟化處理 為了改善材料的冷擠壓性能和提高模具壽命，大部分材料在冷擠壓前需要進(jìn)行軟化處理。過去對(duì)軟化的要求，主要是降低材料的硬度，實(shí)際上材料的顯微組織對(duì)擠壓性能的影響也是很重要的。 擠壓時(shí)，一般都在三 向壓應(yīng)力狀態(tài)下使金屬產(chǎn)生塑性變形，金屬流動(dòng)十分強(qiáng)烈，冷擠壓時(shí)變形抗力大，冷作硬化嚴(yán)重。因此，鋼質(zhì)坯料在冷擠壓前必須進(jìn)行軟化處理。其目的是降低材料的硬度，提高塑性，消除內(nèi)應(yīng)力并得到良好金相組織。 軟化處理有以下兩個(gè)方面的內(nèi)容： ① 坯料的軟化處理是為了降低強(qiáng)度和硬度，提高塑性，改善金相組織； ② 工序間的軟化熱處理，主要是為了消除加工硬化和內(nèi)應(yīng)力。 鋼材不同，所選用的軟化熱處理的方法也不同。一般碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 %以下的碳鋼和合金鋼，多采用球化退火。等溫退火一般用在合金鋼，它比完全退火的時(shí)間短，氧化部脫碳較輕，內(nèi)部 組織和硬度分布較均勻。低溫退火只能作為變形工序間的消除應(yīng)力退火。固溶處理適用于奧氏體不銹鋼的軟化熱處理。奧安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 16 氏體型合金（例如 GH140）也可用淬火軟化。鋁、銅有色合金則有的用淬火軟化，有的用退火軟化。此外，有時(shí)還要對(duì)冷擠壓后的成品進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚恚ɡ绮讳P鋼、黃銅件為防止開裂的熱處理）。 常用 冷擠壓鋼退火后的硬度要求見表 21 表 21 常用冷擠壓鋼退火后的硬度要求 鋼號(hào) bmax MPa? maxHB 鋼號(hào) bmax MPa? maxHB 10 15 20 35 550 660 650 680 83 87 91 93 45 15Cr 35CrMo 710 680 700 95 93 95 對(duì)于鋼材來說，珠光體組織成為影響擠壓性能的重要因素，從降低冷擠壓力來看，球化退火后，組織不僅硬度小，強(qiáng)度低，而且塑性較高，并隨著鋼材中含碳量的增加 顯得 越明顯。對(duì)含碳量較高的材料，除了考慮到改善擠壓性能外，也為改善擠壓后的加工性、熱處理質(zhì)量及力學(xué)性能，均應(yīng)采用 球化退火。碳鋼的硬度與熱處理關(guān)系如圖 所示。 其中 1表示正火（片狀珠光體）； 2表示退火（片狀珠光體）；球化退火（球狀珠光體）。 圖 碳鋼硬度與熱處理的關(guān)系 安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 17 碳素鋼和合金鋼的球化退火工藝規(guī)范如圖 。 圖 碳鋼和合金鋼熱處理規(guī)范 2） 表面 預(yù) 處理及潤(rùn)滑 冷擠壓前，應(yīng)當(dāng)對(duì)鋼坯料進(jìn)行表面處理。至于在各變形工序之間是否要重新進(jìn)行表面處理，則應(yīng)更具變形條件來決定。冷擠壓時(shí)，金屬材料會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，單位擠壓力很大，特別是鋼的冷擠壓，最大的單位擠壓力可達(dá)2500MPa。在這么高的單位 壓力下，如果沒有進(jìn)行好表面預(yù)處理和良好的潤(rùn)滑是不行的。劇烈的冷擠壓變形后，在下一道冷擠壓工序前應(yīng)當(dāng)再進(jìn)行磷酸鹽與潤(rùn)滑表面處理。但對(duì)于變形并不劇烈的拉延，壓底以及鐓粗等工序，則不必在每道工序間都進(jìn)行表面處理。表面處理的主要內(nèi)容有：去除表面缺陷；清潔、去脂、清洗；去除表面氧化層；在坯料表面形成特殊的潤(rùn)滑支承層 —— 磷酸鹽處理和潤(rùn)滑處理。其中前三項(xiàng)處理的目的是改善表面質(zhì)量，并為以后的磷酸鹽與潤(rùn)滑處理做好準(zhǔn)備。 表面處理及潤(rùn)滑的目的是除掉毛坯的缺陷，除掉氧化層與油污，便于潤(rùn)滑，從而減小摩擦，降低擠壓力。 如鋼在冷擠壓 時(shí)，毛坯與模具的接觸壓力往往高達(dá) 2500Mpa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了一般壓力加工的接觸壓力。在這種情況下，必需進(jìn)行良好的潤(rùn)滑，否者將嚴(yán)重安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 18 破壞零件的表面質(zhì)量，并使模具很快地磨損，以致冷擠壓工藝無法實(shí)現(xiàn)。如果將普通的潤(rùn)滑劑直接涂在毛坯或模具表面上，則在擠壓過程中不能形成連續(xù)的潤(rùn)滑薄膜，不起潤(rùn)滑作用。在毛坯表面上鍍銅、鍍鋅等，雖然能過解決冷擠壓潤(rùn)滑問題，但其成本較高，效果又不是非常讓人滿意。后來經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，能過牢固地黏附在一般金屬表面上的磷酸鹽薄膜可以作為潤(rùn)滑劑的支持層，使施加在經(jīng)磷化處理后的毛坯表面上的潤(rùn)滑劑，在整個(gè)擠 壓過程中具有良好的潤(rùn)滑效果。 黑色金屬冷擠壓時(shí)，其潤(rùn)滑作用為： ① 降低冷擠壓時(shí)被擠壓零件與模具的摩擦力； ② 避免被擠壓材料表面與模具具有直接摩擦引起的黏結(jié)現(xiàn)象，提高擠壓件表面質(zhì)量； ③ 降低擠壓時(shí)變形力和變形功消耗； ④ 提高模具壽命。 黑色金屬毛坯表面的處理及潤(rùn)滑，包括鋼的表面磷化處理（不銹鋼采用草酸鹽處理）和磷化處理前的除油脂、清洗、清除氧化皮和磷化處理后的潤(rùn)滑。 針對(duì)本零件材料（為 45），故而在此采用磷化處理。磷化就是在鋼毛坯表面上生成一層不溶磷酸鹽薄膜。 磷化膜具有以 下一些特性： ① 磷化膜是無機(jī)鹽，由細(xì)小片狀結(jié) 晶組織構(gòu)成，它成多孔狀態(tài)，對(duì)潤(rùn)滑劑有吸附作用，薄膜的厚度為 750 微米； ② 磷化膜與鋼表面結(jié)合很牢固，因?yàn)殇摫砻孓D(zhuǎn)變成磷酸鹽。此結(jié)合層具有一定塑性，在冷擠壓時(shí)能與鋼一起變形； ③ 經(jīng)過表面磷化處理的鋼材，其力學(xué)性能，如硬度、韌性等沒有改變，而耐磨性大大提高； ④ 磷酸鹽處理層使變形金屬與模具隔開，避免了他們之間直接接觸，不會(huì)撕壞模腔表面，因而模具工作壽命得到提高； ⑤ 磷化膜隨著模溫提高，性能也發(fā)生改變，只能短時(shí)間耐溫 400 500℃，當(dāng)溫度達(dá)到 500℃，由于磷酸鹽和氧化鐵的作用而變?yōu)楹稚?，磷化膜黏結(jié)金屬的能力降低，溫 度再升高時(shí)，磷化膜將要破壞； ⑥ 磷化膜不抗酸堿。 在擠壓時(shí)為了最大限度地減少毛坯與模具間的摩擦力，減少變形抗力和變安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 19 形功，提高模具的壽命，經(jīng)過磷化處理后的毛坯需要進(jìn)行潤(rùn)滑。目前國(guó)內(nèi)各工廠常用潤(rùn)滑劑有：硬脂酸納、肥皂、二硫化鉬、石墨機(jī)油或動(dòng)物油等。在此選為硬脂酸納。 工藝方案確定 根據(jù)上述分析，很容易知道冷擠壓過程中，零件變形過兩次（即 正擠壓變形和鐓擠 變形）。根據(jù)這點(diǎn)我深入分析得出以下兩套方案： 一、 方案的初步擬定 方案一：分四道工序成形出制件。 （ 1） 初始坯料經(jīng)受正擠壓，成形的桿部直徑等于零件底端桿部直 徑12mm? 。 （ 2） 將成形的桿部以上的部分進(jìn)行聚料。 （ 3）再將擠壓件的頭部進(jìn)行鐓擠，鐓擠成六邊形形狀。 （ 4）機(jī)加工零件底端桿部的錐角 。 方案二： 分三道工序成形出制件。 （ 1）將初始坯料進(jìn)行鐓平，鐓成直徑為 20mm，高為 的圓柱形坯料。如圖（ a）所示。 （ 2） 將鐓平后的零件的下端進(jìn)行正擠壓，擠壓出來的桿部直徑為 12mm，高為 78mm。如圖（ b）所示。 (3)在 將擠壓件的頭部先聚料后鐓擠成六邊形，并形成底端桿部的錐角。 如圖（ c）所示 。 圖（ a）鐓擠 圖（ b）預(yù)成形 圖（ c）終成形 安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 20 圖 方案二 以上所繪制的圖為草圖，各工序中成形后的零件圖參見零件圖 （ a） 、零件圖 （ b） 、零件圖 （ c），其對(duì)應(yīng)的三維立體圖如圖 所示。 圖（ a）鐓擠 圖（ b）預(yù)成形 圖（ c）終成形 圖 三、兩種方案的比較與選擇 方案一中成形工序較多，且毛坯不規(guī)范 ， 尺寸不精確，因此第一步 不能直接就進(jìn)行正擠壓，而要將毛坯進(jìn)行鐓平。方案一 與 后一 個(gè) 方案 相比， 工藝設(shè)計(jì)安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 21 不合理。所以選擇方案二更合理。 各主要工序工作特點(diǎn)進(jìn)一步分析 綜上所述，此零件所需主要工序如下：準(zhǔn)備材料→下料→鐓平、校形→預(yù)成形→退火與磷皂化→終成形→機(jī)加工→滲碳淬火→電鍍。各主要工序工作特點(diǎn)如下： ① 準(zhǔn)備材料 先前講述過，在此我們選擇的材料為棒料。 ② 下料 考慮到剪切斷面質(zhì)量、廢料損失、生產(chǎn)效率這些方方面面，在此采用全封閉式截切模來剪切下料。 ③ 鐓平 下料完畢后，由于截?cái)嗝姹容^粗糙，端面與中心軸線不能保持 垂直，有一定的斜度，尤其是半封閉截切模，這種情況尤為嚴(yán)重。因此坯料在截切后，一般用鐓平模將坯料端面壓平并校形后再進(jìn)行擠壓 。 在此要確定毛坯的相關(guān)尺寸，其具體尺寸如圖 所示； 圖 鐓擠零件圖 ④ 預(yù)成形 為了最終能夠獲得所需精度的零件，在成形過程中一般不采用一次性成形而獲得零件，實(shí)際中為獲得高精度零件，中間都要增加一道工序，盡管有時(shí)一次性成形的變形程度小于許用變形常數(shù)。這樣可以在毛坯與最終成形之間有一過安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 22 渡成形過程，以便于獲得滿足我們所需冷擠壓樣品。 在此要確定毛坯的相關(guān)尺寸，其具體尺寸如圖 所示 圖 預(yù)成形零件圖 ⑤ 退火與磷化處理 由于工件經(jīng)過鐓平、預(yù)成形之后，其內(nèi)部晶粒被擠壓拉長(zhǎng)而成細(xì)長(zhǎng)晶粒，形成纖維組織。變形程度愈大，晶粒擠得愈長(zhǎng)，細(xì)長(zhǎng)晶粒要再變形所需變形力更大，因而冷擠壓后金屬得到強(qiáng)化。 由于擠壓是三向壓應(yīng)力狀態(tài)，經(jīng)過擠壓后金屬材料組織結(jié)構(gòu)更加致密，微小的氣孔、縮松和微裂被壓合了，使金屬進(jìn)一步強(qiáng)化。從而這時(shí)金屬已不適合于再 次 冷擠壓，為了取得較好的冷擠壓性能，一般采用等溫退火或球化退火，本工序要注意保護(hù)工件以防氧化脫碳，應(yīng)使用真空爐退火、