第五章冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)

1、第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)第五節(jié)第五節(jié) 冷擠壓件的加工精度冷擠壓件的加工精度 冷擠壓件要滿足一定的尺寸精度、形狀精度和表面粗糙度。一、冷擠壓件的尺寸精度一、冷擠壓件的尺寸精度(一)影響尺寸精度的因素 1、設(shè)備的剛性及負(fù)荷能力的影響設(shè)備的剛性及負(fù)荷能力的影響 設(shè)備的剛性及負(fù)荷能力對(duì)能否獲得擠壓件精確的軸向尺寸有直接關(guān)系。軸向尺寸軸向尺寸，指的是桿形件的余料厚度、杯形件的底部厚度及復(fù)合擠壓件的中間隔厚。 設(shè)備的剛性不好，擠壓時(shí)模具的彈性變形量會(huì)很大，必然引起軸向尺寸的波動(dòng)。設(shè)備的噸位越大，擠壓件尺寸越穩(wěn)定，尺寸偏差越小。 第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)2、模具尺寸精度的影響模具尺寸精度的影響 擠壓

2、件的尺寸偏差受模具尺寸變化的影響最大。而影響模具尺寸變化的因素有：模具升溫、模具彈性變形、模具材料、制造精度以及磨損等。(1)模具的溫度升高模具的溫度升高 擠壓件形狀越復(fù)雜，變形程度和擠壓力越大，溫度升高越明顯，使模腔尺寸加大，擠壓件尺寸波動(dòng)變大。(2)模具的彈性變形模具的彈性變形 主要取決于所承受工作壓力和毛坯材料、擠壓件的變形程度和尺寸等因素?？刂茢D壓變形程度，提高被擠壓材料的塑性，選用優(yōu)質(zhì)模具材料對(duì)減少模具彈性變形有益。(3)模具的制造精度模具的制造精度 模具的制造精度越高，擠壓件的尺寸精度也必然增高，但過(guò)高的模具精度會(huì)增加制模成本。(4)模具的磨損模具的磨損 模具的磨損不可避免地影響工

3、件尺寸精度。因此，在設(shè)備與制造模具時(shí)，要保證模具具有最大的磨損留量。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)3、坯料材料的性能及制造精度的影響坯料材料的性能及制造精度的影響 坯料材料的成分、組織和性能，以及備料時(shí)的形狀偏差對(duì)擠壓件尺寸精度的影響，突出表現(xiàn)在對(duì)擠壓力大小的影響上。這些因素促使擠壓力的變化必然要反映在模具的彈性變化的差異上，從而對(duì)擠壓件尺寸產(chǎn)生誤差。4、變形條件的影響變形條件的影響 在一定條件下提高變形速度可以使摩擦因數(shù)降低，擠壓力減??；同時(shí)由于變形速度提高，產(chǎn)生的熱來(lái)不及散失，會(huì)使擠壓件溫度升高，變形抗力降低，因而模具的彈性變形量和磨損都會(huì)減少，提高擠壓件的壓力精度。 另外，將坯料進(jìn)行良好的

4、表面潤(rùn)滑處理，可減小摩擦因數(shù)，降低擠壓力，使模具和彈性變形量和磨損量也相應(yīng)減小。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)一、冷擠壓件的尺寸精度一、冷擠壓件的尺寸精度(二)黑色金屬擠壓件的尺寸精度 表5-3、5-4上所列的正擠壓實(shí)心件和反擠壓杯形件的尺寸偏差的概略數(shù)值。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)二、冷擠壓件的形狀精度二、冷擠壓件的形狀精度 形狀精度對(duì)簡(jiǎn)化加工工藝、減少加工余量和廢品等方面有重要意義。 反擠壓杯形件時(shí)，形狀畸變的形式主要有孔口端面坡口(h1)和底棱缺肉(h2)兩種。孔口端面的坡口形狀是在反擠壓一開(kāi)始就產(chǎn)生的，與以后的繼續(xù)擠壓無(wú)關(guān)。坡口h

5、1的大小與潤(rùn)滑條件、變形程度和壁厚s0大小的關(guān)。先在坯料端面預(yù)成型一個(gè)凹窩h3，使h3h1，然后對(duì)端面進(jìn)行封閉擠平，可消除孔口端面坡口。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì) 正擠壓件的自由端凸起是形狀畸變的主要形式。正擠壓實(shí)心件時(shí)，坯料被擠出模口以后，便不再繼續(xù)變形，只作剛性平移，擠壓一開(kāi)始就在端頭形成的凸起形狀，一直保持到擠壓終了。當(dāng)凹模錐角越大、變形程度越大以及潤(rùn)滑條件較差時(shí)，自由端凸起h4就越大。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)三、冷擠壓件的表面粗糙度三、冷擠壓件的表面粗糙度 冷擠壓件的表面粗糙度取決于模具工作表面的粗糙度。由于幾何形狀、擠壓方法和模具結(jié)構(gòu)不同，擠壓件各部位上的表面粗糙有所不同。一般

6、情況下，擠壓件外表面的表面較粗糙，內(nèi)表面較光滑。模具表面粗糙度應(yīng)低于擠壓件相應(yīng)處表面粗糙度1-2級(jí)。 毛坯的材料種類不同，擠壓后擠壓件的表面粗糙度相差也很大。例如，硬鋁擠壓后表面不及鋼光潔。 潤(rùn)滑劑的質(zhì)量及其涂覆方法對(duì)擠壓件表面粗糙度影響也較大。潤(rùn)滑劑過(guò)厚或嚴(yán)重不均時(shí)，擠壓件表面粗糙度值就會(huì)上升。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)第六節(jié)第六節(jié) 冷擠壓工藝方案的制訂冷擠壓工藝方案的制訂一、制訂冷擠壓工藝方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)一、制訂冷擠壓工藝方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 為確保冷擠壓工藝方案在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上的合理性和可行性，常采用下述幾個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量： 1) 冷擠壓件的尺寸冷擠壓件的尺寸 越大，所需設(shè)備噸位越大，困難增

7、加。 2)冷擠壓件的形狀冷擠壓件的形狀 越復(fù)雜、變形程度越大，所需冷擠壓工序數(shù)目就越多。 3)冷擠壓件的精度和表面粗糙度冷擠壓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)冷擠壓件的材料冷擠壓件的材料 材料影響許用變形程度、冷擠壓難度。 5)冷擠壓件費(fèi)用擠壓件費(fèi)用 一般包含材料費(fèi)、備料費(fèi)、工具及模具制造費(fèi)、冷擠壓加工費(fèi)及后續(xù)加工費(fèi)等。這是一綜合指標(biāo)，往往是決定工藝方案是否合理、可行的關(guān)鍵因素。 6)冷擠壓件的批量冷擠壓件的批量 批量大時(shí)可以使總成本降低。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì) 對(duì)以上幾個(gè)指標(biāo)進(jìn)行全面分析、平衡后，就可以選擇一個(gè)最佳的工藝方案。 最佳工藝方案的標(biāo)志最佳工藝方案

8、的標(biāo)志是：采用盡可能少的冷擠壓工序和中間退火次數(shù)，以最低的材料消耗、最高的模具壽命和生產(chǎn)效率，冷擠壓出符合技術(shù)要求的冷擠壓件。 冷擠壓加工全過(guò)程應(yīng)包含下料工序、預(yù)成型工序、輔助工序、冷擠壓工序以及后續(xù)加工工序等。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)二、預(yù)成型工序要點(diǎn)二、預(yù)成型工序要點(diǎn) 預(yù)成型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。( (一一) )預(yù)成形工序半成品的形狀和尺寸的確定預(yù)成形工序半成品的形狀和尺寸的確定 確定預(yù)成形工序半成品和形狀和尺寸，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。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)1) 預(yù)成型

9、工序半成品的設(shè)計(jì)預(yù)成型工序半成品的設(shè)計(jì)，應(yīng)該最大限度地滿足工藝和質(zhì)量要求。比如，冷擠壓帶有凸緣的深孔杯形件時(shí)，如果半成品是平底的，那么在成品擠壓時(shí)在孔底轉(zhuǎn)角附近就會(huì)出現(xiàn)孔收縮缺陷，見(jiàn)圖5-20a。如果將半成品底部設(shè)計(jì)成階梯形，使其小端尺寸與成品杯體一致，則成品的形狀就很理想，見(jiàn)圖5-20b。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)2) 選擇預(yù)成形工序半成品形狀時(shí)，要保證其在變形過(guò)程中與模壁之間的接觸面最大。例如，一般有外臺(tái)階的冷擠壓件，取用錐形過(guò)渡能改善變形條件。3) 在確定半成品形狀與尺寸時(shí)，應(yīng)該考慮冷擠壓件局部成形的工藝需要及材料儲(chǔ)備。例如，反擠底部中心圓柱高于四周的圓柱形零件時(shí)，中心圓柱的高度h應(yīng)在

10、中間工序里先擠出來(lái)。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)4) 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要大些，這樣做能使半成品放入凹模后與模壁下部有一定空隙存在，稱為工藝工藝懸空懸空，使得在成形過(guò)程中成形力減小，又能提高成形件錐體部分的表面質(zhì)量。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)( (二二) )各道工序間的尺寸配合各道工序間的尺寸配合1) 徑向尺寸配合關(guān)系徑向尺寸配合關(guān)系 確定徑向尺寸配合關(guān)系的原則是：使坯料或半成品能夠自由放入下一道工序的膜腔內(nèi)。 如擠壓件成品外徑尺寸為D，半成品的相應(yīng)尺寸應(yīng)減小一間隙值Z2，為D-Z2；坯料外徑再減小一間隙值Z1，為D-

11、Z2-Z1。 各道工序的變形質(zhì)量不同，配合間隙取值是不一樣的，其規(guī)律是從坯料到成品間隙值逐漸減小。成品工序間隙值Z1視擠壓件的精度要求確定，通常在0.05-0.1mm。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)2) 軸向尺寸的配合關(guān)系軸向尺寸的配合關(guān)系 成品擠壓時(shí)，將金屬坯料擠入凹模型腔內(nèi)，使軸向尺寸增加一高度H。因此，半成品軸向尺寸H1應(yīng)略大于坯料軸向尺寸H0，略小于成品相應(yīng)處軸向尺寸尺寸H2。軸向尺寸之間的差異受具體零件的形狀尺寸、變形特點(diǎn)、材料性能及變形程度大小來(lái)決定。3) 其它尺寸的配合關(guān)系其它尺寸的配合關(guān)系 為了防止金屬滯流，半成品的過(guò)渡部位應(yīng)設(shè)計(jì)成錐形。為了避免金屬的堆積，半成品的圓角半徑應(yīng)與成

12、品相應(yīng)處的圓角半徑相協(xié)調(diào)，即R1R2。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)三、工藝軸的利用三、工藝軸的利用 工藝軸工藝軸是為了改善金屬的流動(dòng)條件，降低擠壓力，保證獲得合格產(chǎn)品，旨在改善擠壓件的擠壓工藝性而設(shè)置的擠壓工藝余塊。 例如圖5-24a為具有通孔的帶凸緣的擠壓件，通常采用反擠壓后再鐓擠凸緣的方法成形，擠壓力大，金屬流動(dòng)流程長(zhǎng)，容易產(chǎn)生廢品。如對(duì)擠壓件進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，在半成品下端設(shè)置工藝軸，使之由反擠壓變?yōu)閺?fù)合擠壓，再去除工藝軸，可降低單位擠壓力。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)第七節(jié)第七節(jié) 冷擠壓工序設(shè)計(jì)舉例冷擠壓工序設(shè)計(jì)舉例一、軸類件一、軸類件1、一端具有粗大頭部的實(shí)心件 若其變形程度在材料的許用變

13、形程度之內(nèi)，可以一次擠壓成形。(1)可采用直徑為d1的坯料一次正擠壓成形；(2)可采用直徑為d3的坯料一次冷鐓成形；(3)取直徑介于d1和d3之間的坯料鐓擠成形。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)2、具有階段的臺(tái)階軸 由于一次擠多臺(tái)階，金屬流動(dòng)、模具壽命、工件頂出都會(huì)發(fā)生問(wèn)題，因此，原則上應(yīng)在壓力機(jī)上一次擠出一個(gè)臺(tái)階?？刹捎谜龜D壓、鐓擠等。(1)應(yīng)用正擠壓方案時(shí)，坯料直徑取零件最大臺(tái)階的直徑d2，先用正擠壓擠出d3部分，再擠出臺(tái)階孔d1；(2)采用鐓擠方案時(shí)，坯料直徑取次臺(tái)階的直徑d1，先擠出直徑d3，再將d1鐓粗到d3。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)二、空心件二、空心件1、階梯孔坯形件 杯形件的內(nèi)孔

14、呈階梯形，直徑相差較大時(shí)，一般首先反擠壓大孔，再反擠壓小孔。 反擠壓小孔時(shí)，容易產(chǎn)生“金屬瘤”。因此階梯孔的臺(tái)階處，應(yīng)該采用錐形過(guò)渡。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)2、深孔杯形件(1)變形程度不超過(guò)許用變形程度時(shí)，孔深在2.5倍直徑以下，可以一次反擠壓成形； (2)孔深大于2.5倍直徑時(shí)，就必須分兩次擠壓工序成形，通常采用反擠制坯，正擠壓使外徑逐漸變小，再切除擠壓余料；(3)采用擠壓與變薄拉深相結(jié)合的方法成形。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)3、帶凸緣杯形件其成形工藝見(jiàn)圖5-28。如果杯壁不是很薄的話，可以不采用拉深工序，能獲得長(zhǎng)的零件是空心件正擠壓的主要優(yōu)點(diǎn)。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)4、管狀空

15、心件(1)采用杯-杯復(fù)合擠壓一次成形，然后采用機(jī)械加工方法，將中間連皮切除。該工藝由于中間切削加工會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題； (2)采用實(shí)心坯料，經(jīng)過(guò)反擠壓后，最后將底部沖掉制成；(3)采用空心坯料進(jìn)行貫穿擠壓貫穿擠壓。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)三、凸緣件三、凸緣件 按凸緣的形狀特征與所處部位不同，可以將凸緣類零件分成五種基本類型。成形凸緣的基本方法是擠壓和冷鐓。凸緣以外的部分形狀采用擠壓成形，大多數(shù)的凸緣形狀主要采用冷鐓，或者以冷鐓為主要成形方法的鐓擠結(jié)合。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)1、杯口帶凸緣的杯形件(1)當(dāng)凸緣比較小時(shí)，可采用在反擠壓的杯形坯料上直接冷鐓凸緣；第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)

16、1、杯口帶凸緣的杯形件(2)當(dāng)凸緣厚度小于壁厚時(shí)，可采用先反擠壓兼翻邊，再冷鐓凸緣。需要注意的是，翻邊時(shí)錐形部分的邊緣容易開(kāi)裂，所以它適用于材料塑性較好的工件；第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)1、杯口帶凸緣的杯形件(3)當(dāng)凸緣較厚時(shí)，首先在實(shí)心坯料上鐓制出凸緣，之后反擠壓成形，擠壓瞬間凸緣隆起，形成一個(gè)自然的錐形，當(dāng)凸模進(jìn)行模腔后，成形的部位則作剛性平移，同時(shí)完成杯體的加工，最后將凸緣鐓壓成形。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)2、中間帶凸緣的杯形件 該類零件可采用先反擠壓制成盂形件，再正擠壓出半成品杯形件，然后冷鐓凸緣。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)3、凸緣位于一端的空心件(1)可采用管狀坯料正擠壓一次

17、成形；(2)采用實(shí)心毛坯，先反擠制坯、沖底，然后正擠壓空心件，再冷鐓凸緣。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)4、杯底帶凸緣的杯形件 成形這類零件時(shí)，一般取介于凸緣(D)與圓柱體直徑(d)間某一尺寸為毛坯外徑(d1)，首先擠壓出部分內(nèi)孔與外圓柱部分，然后將殘余的尾部冷鐓至凸緣尺寸。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)四、齒形類零件四、齒形類零件1、內(nèi)壁帶有花鍵或外圈帶有齒形的零件宜用管狀坯料正擠壓 擠出端部(A)的齒形不飽滿，必須切除。如果外徑全部為齒形，可以采用貫穿擠壓的方法，成形后再將齒坯切成要求的厚度。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)2、花鍵軸擠壓 花鍵軸大多數(shù)為長(zhǎng)軸類零件，通常采取減徑擠壓。實(shí)現(xiàn)該工藝的前

18、提條件是擠壓力不超過(guò)坯料傳力段的屈服應(yīng)力，否則將產(chǎn)生彎曲和鐓粗變形。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)3、齒輪鐓鍛 鐓鍛加工可以很好地用于圓錐齒輪、小齒輪等的冷態(tài)鑄造。帶有齒輪的制品，先將棒料坯料的頭部鐓粗，然后在下一道工序再進(jìn)行成形鐓鍛，形成齒形。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)五、錐形件五、錐形件 錐形件擠壓時(shí)因變形區(qū)域和摩擦面大，變形抗力大。因此，錐形件的擠壓工藝較為復(fù)雜，大多數(shù)采用多道擠壓工序或各種成形方法的組合來(lái)成形，錐體的成形一般在最后一道工序進(jìn)行。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)1、實(shí)心錐形件 坯料直徑按工件的圓柱部分尺寸選擇，在封閉式模具中進(jìn)行冷鐓成形。型可直接冷鐓成形，、型需先擠成臺(tái)階形，再冷鐓。被鐓桿部的自由部分的長(zhǎng)度與直徑之比在2.5以下時(shí)，可以一次成形；在2.5-4.5之間，可兩次冷鐓成形；大于4.5-6時(shí)，需三次冷鐓成形。第五章 冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)2、淺杯錐形件 型零件可以直接反擠壓成形。但隨著內(nèi)孔深度的加大，潤(rùn)滑將發(fā)生困難，因此內(nèi)孔深度與直徑比應(yīng)限制為1.5-2之內(nèi)。隨著變形程度的增加，擠壓力上升很快，變形程度應(yīng)控制在50%以下。