【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 成形 —— 無氧軟化退火 —— 硬脂酸鋅潤(rùn)滑 —— 反擠壓方孔 —— 反擠壓小孔 (a)下料 (b)正擠壓 (c)反擠壓方孔 (d)反擠壓小孔 圖 成形工藝方案Ⅳ 本方案與方案 Ⅲ 的區(qū)別在于毛坯的獲得形式不同。本方案的毛坯制備與下料選擇是 通過對(duì)棒材的剪切下料再進(jìn)行冷鐓預(yù)成形。 剪切是生產(chǎn)毛坯方法中最迅速和最經(jīng)濟(jì)的一種，常用來生產(chǎn)中小尺寸直徑的毛坯。剪切時(shí)，幾乎沒有材料損耗，尺寸精度較高。 這是從經(jīng)濟(jì)效益上來看的。近年來，由于有色金屬價(jià)格的上漲，因此在成本上必須對(duì)材料進(jìn)行控制。通過查詢，在市場(chǎng)上，圓材的價(jià)格比方材、 板材要便宜些。同時(shí)這樣也就避免了沖裁落料缺陷及其材料利用率低的問題。剪切下料的優(yōu)點(diǎn)是剪切時(shí)，幾乎沒有材料損耗，而且生產(chǎn)效率高。 綜上所述，本設(shè)計(jì)采取方案 Ⅳ 作為本零件的擠壓工藝。 11 第 3 章 毛坯制備及處理 冷擠壓件毛坯的制備 毛坯制備，是從毛坯的下料開始到制備出符合冷擠壓工藝要求的毛坯為止的過程。制備價(jià)廉、質(zhì)量良好的毛坯是關(guān)系到擠壓件質(zhì)量、生產(chǎn)率和成本的大問題。 1．冷擠壓成形尺寸的確定 本設(shè)計(jì)中的擠壓件 如 圖 所示，其中因考慮到存在壓余厚度 及尺寸偏差 ， 由 [2]表 310，可知其修邊余 量為 5 mm， 故在長(zhǎng)度方向上加了 5mm，即 L=5mm，見圖 。 圖 零件的成形尺寸 2．?dāng)D壓件坯料的形狀的確定 及下料方法 毛坯的形狀和尺寸不僅取決于擠壓件的形狀和尺寸，而且還取決于所設(shè)計(jì)的工藝方案。毛坯形狀和尺寸設(shè)計(jì)的合理與否，將會(huì)對(duì)金屬流動(dòng)、擠壓件的形狀和尺寸，以及模具使用壽命等產(chǎn)生明顯的影響。 冷擠壓毛坯的斷面形狀，可以根據(jù)擠壓件的相應(yīng)斷面形狀來確定 。由本設(shè)計(jì)所采取的工藝方案可以知道，本設(shè)計(jì)采用直徑有 8mm的鋁材進(jìn)行剪切下料。 12 3．下料毛 坯 尺寸的確定 根據(jù)體積不變?cè)瓌t，我們可以從 冷擠壓件的成形尺寸、體積反推出坯料的體積。坯料體積的計(jì)算如下 。 毛坯總體積的計(jì)算： 0V = V （ ） 16)](16[ 222 ????? )()](15[ 2222 ????????? 10）3 .53 .1 4－ 43 .1 4＋（0 .5)84＋ 43 .1 4( + 222)2104＋( mm? 式中 V0 —— 坯料體積， mm3 ； V —— 工件體積， mm3 ； 為了下料方便，毛坯的高徑比應(yīng)大于 1，根據(jù)鋁材的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，取直徑為 8mm，則可計(jì)算其下料毛坯長(zhǎng)度為 。 4．預(yù)成形冷鐓計(jì)算 毛坯的內(nèi)外徑尺寸可根據(jù)凸模和凹模的相應(yīng)尺寸決定。通常情況下，毛坯的外徑尺寸要接近成品零件的直徑。 為便于將毛坯自由地放入模具型腔內(nèi)，毛坯外徑應(yīng)比凹模型腔小 。因此根據(jù)毛坯放入冷擠壓模腔的要求 ，本設(shè)計(jì)取直徑為 mm，經(jīng)計(jì)算后其尺寸如下圖所示。毛坯及毛坯預(yù)成形如圖 所示。 (a)下料毛坯 (b)預(yù)成形毛坯 圖 毛 坯 及毛坯預(yù)成 形 圖 由 [2]式 121 可知冷鐓的變形程度為 ε =（ H－ h） / H 100% （ ） 13 = (－ )/ 100% = % 式中， ε為冷鐓時(shí)的變形程度（ %）；為毛坯鐓粗前的高度（ mm）； h 為毛坯鐓粗后的高度 （ mm） 。 由 [2]表 124可知，純鋁冷鐓時(shí)的許用變形程度為 80%， 故冷鐓變形是允許的，不會(huì)產(chǎn)生鐓裂。 5．中間成形工序的尺寸及形狀確定 中間工序是成品擠壓成形的半成品的擠壓工序。它既不同于毛坯的預(yù)成形工序，又區(qū)別于成品的擠壓工序，是從毛坯向擠壓件過渡的、具有中間特定開關(guān)的準(zhǔn)備工序。在中間工序里，主要進(jìn)行材料體積和變形量的分配，為成品擠壓件作形狀和尺寸等方面的準(zhǔn)備工作。 本設(shè)計(jì)中的中間工序?yàn)榉磾D壓，其形狀及尺寸分布如圖 所示。 圖 中間工序的形狀及尺寸分布 冷擠壓件材料的軟化熱處理 對(duì)坯料進(jìn)行軟件熱處理的目的 ：一是為了達(dá)到降低材料的硬度，提高材料的塑性，得到良好的金相組織與消除內(nèi)應(yīng)力。二是為了達(dá)到降低單位擠壓力，提高模具的使用 14 壽命，保證產(chǎn)品質(zhì)量。 軟化熱處理，即把材料進(jìn)行加熱到某一溫度，然后保溫一段時(shí)間，最后隨爐冷卻，達(dá)到材料的軟化目的。 由 [3]表 可得知純鋁 L3 的軟化熱處理規(guī)范如下： 表 純鋁擠壓的軟化熱處理規(guī)范 ]3[ 冷擠壓毛壞 熱處理 規(guī)范 處理前 硬度（ HB） 處理后 硬度（ HB） 純鋁（ L3） 退火 400～ 450o C保溫 4h,隨爐冷卻 12～ 25 冷擠壓件的表面處理與潤(rùn)滑 為了降低冷擠壓件與冷擠壓模工作部分的摩擦，降低冷擠壓的單位擠壓力，提高冷擠壓的表面質(zhì)量，減少模具的磨損，對(duì)冷擠壓毛坯進(jìn)行潤(rùn)滑與表面處理。 純鋁和防銹鋁的冷擠壓毛坯，在冷擠前一般不進(jìn)行表面處理。 由 [4]表 35 可知道純鋁冷擠壓時(shí)所用的潤(rùn)滑有以下幾種， 見表 。 表 純鋁的潤(rùn)滑方法及使用效果 ]4[ 序號(hào) 坯料 潤(rùn)滑劑成分 (質(zhì)量分?jǐn)?shù) ) 配制與使用方法 應(yīng)用效果與說明 1 純 豬油 100% 天冷時(shí)易凝固，涂擦不便，不易涂擦均勻，易產(chǎn)生“流散”現(xiàn)象，擠壓力較大 2 豬油 5%、甘油5%、汽缸油 15%、四氯化碳 75% 豬油、甘油加熱至 200，冷卻到40 以下，加四氯化碳攪拌均勻，加汽缸油 金屬的流動(dòng)性及潤(rùn)滑性皆好，擠壓件表面粗糙度在 mRa ? 以下 3 豬油 25%、液體石蠟 30%、十二醇 10%、四氯化豬油加熱至 200，冷卻后加四氯化碳，攪拌均勻后加入十二醇，冷卻后加入液體石蠟 金屬的流動(dòng)性及潤(rùn)滑性皆好 ,擠壓件表 面粗糙度在 mRa ? 以下 15 鋁 碳 35% 4 硬脂酸鋅 將經(jīng)表面處理好的坯料與粉狀硬脂酸鋅一起放在滾筒內(nèi)滾動(dòng)15min，使坯料牢固而均勻地涂上一層硬脂酸鋅 冷擠件壁厚均勻 ,金屬流動(dòng)性好 ,卸料力小 ,擠件表面粗糙度在 mRa ? 以下 5 十四醇 80%、 酒精 20% 按規(guī)定比例混合后就可使用。但當(dāng)氣溫較低時(shí)十四醇應(yīng)加熱，以增加其流動(dòng)性，使與酒精混合良好 效果較好 綜合考慮，本設(shè)計(jì)采用硬脂酸鋅進(jìn)行表面潤(rùn)滑。 16 第 4 章 冷擠壓力 由于在冷擠壓工藝中的單位擠壓力 P數(shù)值要比冷沖壓工藝和熱鍛工藝時(shí)的單位擠壓力大得多 ， 因此 ， 在進(jìn)行冷擠壓工藝設(shè)計(jì)時(shí) ,首先要分析單位冷擠壓力的大小及影響因素 。 影響冷擠壓壓 力的主要因素 在冷擠壓過程中，影響冷擠壓壓力的主要因素有： ①材料性質(zhì)。被擠壓材料的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能對(duì)單位擠壓力的影響很大，是決定單位擠壓力的基本因素。例如含碳量越高的鋼材，變形抗力大，不利于擠壓；冷擠壓前，對(duì)毛坯進(jìn)行軟化處理可以降低變形抗力等。 ②冷擠壓的變形方式。對(duì)于同 種金屬材料來說，冷擠壓變形 方式不同，所需的單位擠壓力也不同。 ③冷擠壓變形程度大小。 ④模具的幾何形狀。擠壓模的凸模和凹模形狀，對(duì)單位擠壓力有很大的影響。模具幾何形狀設(shè)計(jì)得合理，易使毛坯在型腔中流動(dòng)，可以改善摩擦情況，減少金屬流動(dòng)阻力，不僅能顯著地提高模具的使用壽命，而且能減小單位擠壓力。 ⑤擠壓毛坯的相對(duì)高度。毛坯高度的變化，影響到毛坯與凸模真實(shí)接觸率的改變，進(jìn)而影響到摩擦阻力的變化，因此，毛坯的高度對(duì)單位擠壓力也有一定的影響。 ⑥潤(rùn)滑狀態(tài)。潤(rùn)滑狀態(tài)對(duì)降低單位擠壓力影響較大，良好的潤(rùn)滑狀態(tài)，可以使真實(shí)接觸面積率大大減小，摩擦阻力也 大大減小，因此，單位擠壓力較低。 變形程度 每道冷擠壓工序能擠出合格產(chǎn)品的最大變形程度稱為許用變形程度。在保證產(chǎn)品質(zhì)量、模具壽命的前提下，按照使冷擠壓工序數(shù)減少到最低限度的原則來選用冷擠壓的變形程度。 在其他條件相同的的情況下，冷擠壓的變形程度不同，其單位擠壓力是不同的。冷擠壓的變形程度越大，擠壓的變形抗力也就越大，它會(huì)引起 凸、凹模等的破裂。因此對(duì)不同的材料，都應(yīng)選擇合適的變形程度。變形程度的表示方法常用斷面縮減率 F?來表示。 17 （ ） 式中 0F —— 冷擠壓變形前毛坯的橫截面積， 1F —— 冷擠壓變形后工件的橫截面積， 由此可以分別計(jì)算反擠壓成形時(shí)的變形程度○。 反擠壓小孔時(shí)的變形程度為： F? =（ 10 FF? ） / 0F = [ ? /4+4 －（ ? +4 7） ]/（ ? /4+4 ） = % 由 [3]表 可得純鋁在正擠壓時(shí)的許用變形程度為 95%～ 99%，在反擠壓時(shí)的許用變形程度為 90%～ 99%。故本設(shè)計(jì)可行。 冷擠壓力的計(jì)算 冷擠壓力即冷擠壓變形所需要的作用力。它是設(shè)計(jì)模具、選擇設(shè)備的依據(jù)，并可衡量冷擠壓變形的難易程度。例如，若冷擠壓變形時(shí)作用在模具單位面積上的壓力 超過 2500～ 3000 MPa/ mm2 時(shí)，模具就容易磨損或損壞，另一方面如果總變形力超過壓力機(jī)的許用載荷，就會(huì)使壓力機(jī)損壞。因此必須對(duì)冷擠壓的單位擠壓力和總變形力進(jìn)行計(jì)算，以便為設(shè)計(jì)冷擠壓模具和選用冷擠壓設(shè)備提供依據(jù)。 在冷擠壓過程中，由于一系列工藝因素的影響，擠壓力難以準(zhǔn)確計(jì)算，冷擠壓力的計(jì)算方法主要有：理論計(jì)算法、公式計(jì)算法、圖算法、查表法。 本設(shè)計(jì)采用圖算法來求冷擠壓力。 由《實(shí)用冷擠壓技術(shù)》 P61 頁(yè)可查得。 最后的反擠壓成形擠壓力計(jì)算如下： 由圖 知，由斷面縮減率 F? =%向上投影與所擠壓的材料曲線 相交后，沿水平方向向右投影與毛坯高度與零件壁厚之比 ( 0h /s =4)斜線相交，再垂直向下投影求得單位擠壓力 p=400MPa。 由 [4]公式 可計(jì)算總擠壓力。 總擠壓力的計(jì)算如下： P = pF （ ） = 400 （ 7 4＋ ） = 26586N = 式中， p 為單位擠壓力（ MPa）， F 為凸模工作部分橫斷面積。 %100010 ??? F FFF? 18 第 5 章 冷擠壓設(shè)備的選擇 冷擠壓設(shè)備的基本要求 擠壓設(shè)備的正確選擇及合理使用將決定擠壓生產(chǎn)能否順利進(jìn)行，并與產(chǎn)品質(zhì)量、模具壽命、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品成本等密切相關(guān)，所以必須合理選擇和正確地使用擠壓設(shè)備。選用擠壓設(shè)備時(shí)主要應(yīng)考慮下述因素。 1）擠壓設(shè)備的類型和工作形式是否適用于應(yīng)完成的工序；是否符合安全生產(chǎn)和環(huán)保的要求。 2）擠壓設(shè)備的壓力和功率是否滿足應(yīng)完成工序的需要。 3）擠壓設(shè)備的 裝模高度、工作臺(tái)面尺寸、行程等是否適合應(yīng)完成工序所用的模具。 4）擠壓設(shè)備的行程次數(shù)是否滿足生產(chǎn)率的要求等。 5）備有可靠的超載保險(xiǎn)裝置。在冷擠壓中，往往由于預(yù)先未能估計(jì)到的原因而使壓力機(jī)超載，如毛坯尺寸超差及材質(zhì)熱處理不合理等到。為了保證在超載時(shí)壓力機(jī)不致?lián)p壞，必須使壓力機(jī)具有非常可靠的超負(fù)荷保險(xiǎn)裝置。 6）能提供合適的擠壓速度。冷擠壓加工是將大斷面的毛坯壓縮成小斷面的擠壓件。因此在擠壓過程中會(huì)有沖擊作用；所以要求用于冷擠壓的壓力機(jī)能提供合適的擠壓速度。一般要求壓力機(jī)有較高的空程向下和回程速度，在上模接觸 金屬毛坯前，速度能迅速下降，在擠壓過程中，擠壓速度應(yīng)盡可能保持均勻。 7）具有潤(rùn)滑冷卻裝置。冷擠壓時(shí)單位擠壓力大，且在冷擠壓過程中又會(huì)產(chǎn)生大量熱量。因此要求壓力機(jī)有良好的潤(rùn)滑冷卻裝置，從而延長(zhǎng)模具的使用壽命。 冷擠壓設(shè)備的 選擇 通常用于擠壓生產(chǎn)的設(shè) 備主要有專用的擠壓壓力機(jī)，通用的曲柄壓力機(jī)、摩擦壓力機(jī)和萬能液壓機(jī)。綜合考慮，本設(shè)計(jì)采用型號(hào) 為 YQ3240 的 四柱 式通用 液壓機(jī) 作為擠壓設(shè)備 ，其技術(shù)參數(shù) 見 表 所示 。 19 表 YQ3240 四柱式通 用液壓機(jī) 的技術(shù)參數(shù) 型號(hào) YQ3240 標(biāo)稱壓 力 KN 400 液壓機(jī)最大工作壓力 MPa 25 頂出力 KN 120 滑塊行程 mm 450 頂出行程 mm 150 滑塊下平面 到工作臺(tái)面最大距離 mm 700