第四章冷擠壓工藝制定

第四章冷擠壓工藝制定冷擠壓工設(shè)計(jì)是確定擠壓件的形狀、尺寸、精度和材料之后，著手設(shè)計(jì)模具之前的一個(gè)階段。在此階段要制定工件的冷擠壓加工工藝和有關(guān)的工藝順序和數(shù)量，并研究具體實(shí)現(xiàn)復(fù)合生產(chǎn)要求的零件零件質(zhì)量控制、經(jīng)濟(jì)性等有關(guān)問題。4.1冷擠壓工藝的設(shè)計(jì)內(nèi)容及方法4.1.1工藝設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作1、查閱有關(guān)工藝設(shè)計(jì)資料；2、產(chǎn)品圖研究；3、成形性研究；4、了解生產(chǎn)現(xiàn)狀和技術(shù)條件冷擠壓近凈成形滑履（HMn60－3），年產(chǎn)10萬件采用冷擠壓近凈成形工藝，無金屬切屑產(chǎn)生，省去后續(xù)機(jī)械加工，成形后得到符合技術(shù)要求成品零件，生產(chǎn)效率極高，適合大批量生產(chǎn)。節(jié)省大量原材料，制品的抗拉強(qiáng)度、耐磨性（磨損機(jī)實(shí)驗(yàn)）較切削或壓鑄工藝提高20%以上，近凈成形率達(dá)到95%，制造成本大大下降。1、與車制滑履相比，節(jié)約原料40%以上。車制滑履（HMn60－3）：坯料體積13718mm3/件；材料費(fèi)：9.25元/件。冷擠壓近凈成形滑履（HMn60－3）：坯料體積7053mm3/件；

材料費(fèi)：4.73元/件。節(jié)約材料：6665mm3/件；材料利用率48%；節(jié)約材料費(fèi)：4.52元/件。以年產(chǎn)10萬件計(jì)，共節(jié)約材料費(fèi)45.2萬元。2、與車制滑履相比，生產(chǎn)效率提高3.75倍。車制滑履：

工時(shí)30s/件

冷擠壓近凈成形滑履：工時(shí)8s/件生產(chǎn)效率提高：3.75倍3、經(jīng)塑性變形，制品的力學(xué)性能較切削或壓鑄工藝大大提高：抗拉強(qiáng)度σb提高20%，耐磨性（磨損機(jī)實(shí)驗(yàn)）提高20%，獲得高品質(zhì)的機(jī)械零件。4、制品質(zhì)量好，近凈成形率達(dá)到95%。獲得沿制品輪廓連續(xù)分布的流線組織；表面粗糙度值Ra=0.2μm；尺寸精度為IT6。近成形率達(dá)到95%?；牧慵男螤钊鐖D1所示，其特點(diǎn)如下：(1)根據(jù)零件的形狀特點(diǎn)，需采用正擠壓或反擠壓，但如何保證擠壓球面成形尺寸精度將是工藝設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。(2)滑履零件的材料為錳黃銅，其供應(yīng)狀態(tài)強(qiáng)度高、變形抗力大、存在加工硬化現(xiàn)象，擠壓成形對(duì)模具材料強(qiáng)度要求很高。擠壓毛坯尺寸確定根據(jù)零件圖，零件的體積為：V=2422.71V坯=2422.71為了使材料的變形程度和移動(dòng)量盡量小，現(xiàn)在選取毛坯的直徑與滑履零件大端直徑一致，即d為21.5mm，r=d/2，毛坯的高度為：h=V坯/∏r2=6.68mm。1、與車制滑履相比，節(jié)約原料40%以上2、生產(chǎn)效率高：工時(shí)8s/件3、抗拉強(qiáng)度σb、耐磨性較切削或壓鑄工藝提高20%4、表面粗糙度值Ra=0.2μm5、尺寸精度：IT66、成形率：95%如圖所示螺塞年產(chǎn)量10萬件，材料為硬鋁2A12，采用冷擠壓工.藝生產(chǎn)該零件毛坯2A12鋁合金標(biāo)準(zhǔn)：GB/T3191-1998

用途主要用于制作各種高負(fù)荷的零件和構(gòu)件（但不包括沖壓件鍛件）如飛機(jī)上的骨架零件，蒙皮，隔框，翼肋，翼梁，鉚釘?shù)?50℃以下工作零件

化學(xué)成份：

鋁Al：余量

硅Si：≤0.50

銅Cu：3.8～4.9

鎂Mg：1.2～1.8

鋅Zn：0.30

錳Mn：0.30～0.9

鈦Ti：≤0.15

鎳Ni：≤0.10

鐵Fe：0.000～0.500

鐵+鎳Fe+Ni：0.000～0.500

抗拉強(qiáng)度σb(MPa)：≥410

條件屈服強(qiáng)度σ0.2(MPa)：≥265

長(zhǎng)率δ5(％)：≥12

2A12鋁合金為一種高強(qiáng)度硬鋁,可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化,在退火、剛淬火和熱狀態(tài)下可塑性中等,2A12鋁合金點(diǎn)焊焊接性良好，用氣焊和氬弧焊時(shí)有形成晶間裂紋的傾向；,2A12鋁合金在淬火和冷作硬化后可切削性能尚好，在退火狀態(tài)時(shí)不良。抗蝕性不高,常采用陽極氧化處理與涂漆方法或表面加包鋁層以提高抗腐蝕能力1、冷擠壓圖設(shè)計(jì)4.1.2工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和方法

2、初步工藝方案按擠壓件中間直徑確定毛坯直徑，先正擠?16，再?gòu)较驍D壓?25.易于成形，保證質(zhì)量，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，壽命提高。毛坯直徑取?18，整形至?18.8。3、工藝計(jì)算V毛坯=毛坯尺寸：毛坯直徑取?18，毛坯高度H=正擠壓變形程度?=(7-4/7)×100%≈43%≦?許用=50%徑向擠壓變形程度?A=(18.982-162/18.82)×100%≈29%≦?許用=92%4、工序設(shè)計(jì)：剪切下料---整形---一次擠壓成形正擠壓擠壓力計(jì)算：按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法：P=KAp=KAZnσbA=18.82-162×∏/4=76.53Z=0.9n=3σb=200K=1.3P正=53724N=54KNP徑向=262KN選J23-63曲柄壓力機(jī)5、工序方案主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目名稱單位J23-63公稱力千牛kN630公稱力行程毫米mm8.5滑塊行程毫米mm120行程次數(shù)次/分SPM50最大裝模高度毫米mm270裝模高度調(diào)節(jié)量毫米mm80喉深毫米mm260工作臺(tái)板前后F.B.毫米mm480

左右L.R.毫米mm710工作臺(tái)孔尺寸前后F.B.毫米mm200

左右毫米mm340

直徑毫米mm250滑塊底面前后F.B.毫米mm272

左右L.R.毫米mm320模柄孔尺寸毫米mmΦ50X80立柱間距離毫米mm350墊板厚度毫米mm90機(jī)身最大可傾角角度30主電機(jī)型號(hào)Y132M2-6功率千瓦kW5.5外型尺寸前后毫米mm1810

左右毫米mm1350

高度毫米mm2740

重量千克kg44001噸力=1000千克力=9.8KN1、冷擠壓圖設(shè)計(jì)4.1.2工藝設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容和方法

2、初步工藝方案按擠壓件中間直徑確定毛坯直徑，先正擠?16，再?gòu)较驍D壓?25.易于成形，保證質(zhì)量，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，壽命提高。毛坯直徑取?18，整形至?18.8。3、工藝計(jì)算V毛坯=毛坯尺寸：毛坯直徑取?18，毛坯高度H=正擠壓變形程度?=(7-4/7)×100%≈43%≦?許用=50%徑向擠壓變形程度?A=(18.982-162/18.82)×100%≈29%≦?許用=92%4、工序設(shè)計(jì)：剪切下料---整形---一次擠壓成形正擠壓擠壓力計(jì)算：按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法：P=KAp=KAZnσbA=18.82-162×∏/4=76.53Z=0.9n=3σb=200K=1.3P正=53724N=54KNP徑向=262KN選J23-63曲柄壓力機(jī)5、工序方案主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目名稱單位J23-63公稱力千牛kN630公稱力行程毫米mm8.5滑塊行程毫米mm120行程次數(shù)次/分SPM50最大裝模高度毫米mm270裝模高度調(diào)節(jié)量毫米mm80喉深毫米mm260工作臺(tái)板前后F.B.毫米mm480

左右L.R.毫米mm710工作臺(tái)孔尺寸前后F.B.毫米mm200

左右毫米mm340

直徑毫米mm250滑塊底面前后F.B.毫米mm272

左右L.R.毫米mm320模柄孔尺寸毫米mmΦ50X80立柱間距離毫米mm350墊板厚度毫米mm90機(jī)身最大可傾角角度30主電機(jī)型號(hào)Y132M2-6功率千瓦kW5.5外型尺寸前后毫米mm1810

左右毫米mm1350

高度毫米mm2740

重量千克kg44001噸力=1000千克力=9.8KN4.2冷擠壓工序的設(shè)計(jì)原則冷擠壓工序設(shè)計(jì)

確定一系列必要的工序，使得毛坯逐步接近擠壓件形狀，以最少的工序、最短流程經(jīng)濟(jì)合理地?cái)D壓出符合質(zhì)量要求的擠壓件。1、工序數(shù)目的確定

取決于擠壓件形狀的復(fù)雜程度和變形程度的大小。還受擠壓件尺寸、材料性能等因素的影響。如表4-2所示2、變形工序的選用及其排列次序4.3冷擠壓工藝方案冷擠壓工藝方案是工藝準(zhǔn)備和工藝設(shè)計(jì)的總綱?；緝?nèi)容：以擠壓件的工藝路線為依據(jù)，進(jìn)一步明確加工方法、模具結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式以及各工序的相互關(guān)系，主要解決擠壓加工過程中的重大技術(shù)關(guān)鍵和核心問題。制定工藝方案的兩個(gè)基本原則：1、確保模具壽命；2、確保產(chǎn)品質(zhì)量；對(duì)任何一個(gè)擠壓件，應(yīng)擬定多個(gè)工藝方案，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，選擇最優(yōu)的一個(gè)。輔助工序的設(shè)計(jì)原則：1、原則上每道工序之前，毛坯或預(yù)成型均應(yīng)進(jìn)行軟化和潤(rùn)滑處理；2、自由鐓粗時(shí)，毛坯可以不進(jìn)行軟化；3、局部冷鐓成形，變形量極小的精整和校形，毛坯可以不軟化，但必須進(jìn)行潤(rùn)滑；4、為了保持?jǐn)D壓件上某一部分的強(qiáng)化數(shù)值不變，在不發(fā)生材料開裂及模具過載的情況下，繼續(xù)加工時(shí)也可不再軟化。5、當(dāng)毛坯或預(yù)成型的硬度在130HB以上時(shí)，中間工序一般要軟化處理。6、對(duì)于鋁合金擠壓件，通擠壓之后還要進(jìn)行淬火時(shí)效處理，提高強(qiáng)度和硬度，滿足裝配、使用要求，提高切削性能下料——預(yù)成形——退火軟化——潤(rùn)滑處理——反擠壓——機(jī)加工下料—冷鐓預(yù)成形—退火—磷化皂化—復(fù)合擠壓—沖連皮—機(jī)加工兩端面缺點(diǎn)：金屬流動(dòng)不易控制，影響產(chǎn)品質(zhì)量；模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜下料—冷鐓預(yù)成形—退火—磷化皂化—反擠壓方孔—退火—磷化皂化—鐓擠12角形孔—沖連皮—機(jī)加工兩端面缺點(diǎn)：兩孔中心線不易重合，廢品率高下料—冷鐓預(yù)成形—退火—磷化皂化—復(fù)合擠壓12角形孔及下部小外徑—退火—磷化皂化—反擠壓方孔—機(jī)加工兩端面復(fù)合擠壓先正擠壓下部小外徑，在反擠壓12角形孔，金屬流動(dòng)有序，易于控制，保證質(zhì)量。合理的冷擠壓工藝設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下問題：1、變形時(shí)，應(yīng)使金屬處于壓縮應(yīng)力和切應(yīng)力狀態(tài)，避免拉應(yīng)力和切應(yīng)力使金屬破了；2、截面過渡不宜劇烈避免尖角過渡，使金屬流動(dòng)順暢；3、擠壓件盡可能對(duì)稱，反擠壓和復(fù)合擠壓時(shí)，連皮厚度不小于壁厚；4、多工位擠壓時(shí)變形量合理分配，考慮前后工序的定位、出模方便；4.4冷擠壓工藝計(jì)算實(shí)例材料：20Cr20鋼生產(chǎn)綱領(lǐng)：年產(chǎn)10萬件一、汽車活塞銷工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容1、擠壓件設(shè)計(jì)1）零件圖2）零件工藝特點(diǎn)分析活塞銷是內(nèi)燃機(jī)中連接活塞與連桿并傳遞動(dòng)力的重要零件,規(guī)格種類多,生產(chǎn)批量大。由于活塞銷在汽缸內(nèi)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng),所以它承受著復(fù)雜的交變應(yīng)力,因此要求有較高的耐磨性和疲勞強(qiáng)度且韌性要好。由于冷擠壓工藝具有尺寸精度高、生產(chǎn)效率高、材料利用率高和表面質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn),采用冷擠壓件，再經(jīng)精加工磨削成制件。工藝路線：冷拔棒料——鋸床下料——球化退火——酸洗——磷化皂化——冷擠壓成形——退火——粗磨——滲碳+淬火+低溫回火——精磨拋光——終檢——包裝——入庫(kù)3）擠壓件圖設(shè)計(jì)?14.6自由公差可以由冷擠壓工藝保證，不必留加工余量。外圓?20-0.01，表面粗糙度0.1，需磨削加工才達(dá)到。雙邊留0.5mm磨削余量。高度方向留工藝余量2~4mm.方案一：反擠壓成形未注公差GB/T1804-922、工藝計(jì)算根據(jù)等體積原理選22.5mm棒料V件=V毛坯=17908mm3選23mm棒料，雙邊留1mm加工余量V件=V毛坯=19194.65mm31）H毛坯

=4*19194.65/3.14*232=76778.6/1661.06=46.22mm?23零件反擠壓斷面縮減率對(duì)于反擠壓，凸模細(xì)長(zhǎng)易于縱向彎曲，Lmax/d≦370/14.6≈4.8﹥3所以此方案不合理2）?A=(14.62/232)×100%≈40.29%﹤?許用(教材P41表3-8）方案二：復(fù)合擠壓成形連皮在活塞銷中間，擠壓后沖掉選23mm棒料，雙邊留1mm加工余量V件=V毛坯=19868.68mm31）H毛坯

=4*19868.68/3.14*232=47.84mm零件反擠壓斷面縮減率Lmax/d≦335/14.6≈2.3﹤3所以此方案合理2）?A=(14.62/232)×100%≈40.29%﹤?許用(教材P41表3-8）平均單位擠壓力經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法經(jīng)驗(yàn)系數(shù)法p=znσbZ：模具形狀系數(shù)

n：擠壓系數(shù)σb=835MPa總擠壓力計(jì)算公式：P=cpAP:總擠壓力KNp:平均單位擠壓力（Mpa）A:凸模與毛坯直接接觸表面上的投影面積C：安全系數(shù)，一般c≧1.3變形程度?406080正擠壓實(shí)心與空心件變形系數(shù)n345反擠壓變形系數(shù)n456σb=835MPap=znσb=1×4

×835=3340MPaP=cpA=1.3×3340×3.14×（14.6/2)2=706780N=706KN≈70.6tYQ32-800T大型液壓機(jī)參數(shù)：公稱力KN800頂出力KN350液體最大工作力Mpa25滑塊有效行程mm300頂出行程mm200最大開口高度mm450工作臺(tái)有效面積mm1100×1000空程下降速度mm/s20壓制速度mm/s8-10回程速度mm/s30電機(jī)功率KW5.5連皮的位置Α1=160°Α2=126°上面金屬與下面金屬流動(dòng)速度一致。°螺塞毛坯的冷擠壓工藝設(shè)計(jì)如圖所示螺塞年產(chǎn)10萬件，材料為2A12（硬鋁）采用冷擠壓毛坯的原因：1、年產(chǎn)量大2、零件外形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以采用正擠壓工藝。3、硬鋁的塑性較高，易于冷擠壓成形4、生產(chǎn)效率高。5、冷加壓毛坯力學(xué)性能好能滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求。一、冷擠壓件設(shè)計(jì)1、零件工藝分析：冷擠壓后需要機(jī)械加工的部位：M20的螺紋滾絲加工；2*1的退刀槽；平上下端面及兩端倒角。2、螺紋毛坯計(jì)算根據(jù)JB/T9193-199<<搓滾絲制普通螺紋前的毛坯直徑>>d0min=d2min+0.3Td2----毛坯最小直徑d0max=d2min+0.7Td2———毛坯最大直徑d2min———外螺紋最小中經(jīng)Td2———外螺紋中徑公差查GB/T196-2003d2min=18.886mmTd2=0.14mmd0min=d2min+0.3Td2=18.928mmd0max=d2min+0.7Td2=18.984mm所謂“入體原則”是指標(biāo)注工件尺寸公差時(shí)應(yīng)向材料實(shí)體方向單向標(biāo)注。就是軸的基本尺寸為其最大實(shí)體尺寸，即其上偏差為0；孔的基本尺寸為其最小實(shí)體尺寸，既其下偏差為0；螺紋毛坯直徑?18.984-0.056結(jié)合冷擠壓工藝特點(diǎn)，毛坯圖如下。3、冷擠壓工藝方案設(shè)計(jì)1）冷擠壓工藝方案A、毛坯直徑取?25mm，先擠壓?18.98，最后擠壓?16，變形程度大，擠壓力大，不合理。B、按擠壓件中間直徑確定毛坯直徑，先正擠?16，再?gòu)较驍D壓?25.易于成形，保證質(zhì)量，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，壽命提高。毛坯直徑取?18，整形至?18.8。?182)工藝計(jì)算根據(jù)體積不變?cè)恚琕毛坯=12810.42mm3毛坯高度尺寸：毛坯直徑取?18，毛坯高度H=51.8mm成形工藝方案設(shè)計(jì)：剪切下料---整形---一次擠壓成形?18H=51.8?18.8(1)正擠壓變形程度?A=(18.982-162/18.82)×100%≈29%≦?許用=92%(P47表3-13）徑向擠壓變形程度?=H0-H1/H0=(7-4/7)×100%≈43%≦?許用=50%H0=252×4/18.8=7mm(2)擠壓力計(jì)算：按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法：P=cpA=cAZnσbA=∏r2=∏(18.8/2)2=277.45mm2Z=0.9模具形狀系數(shù)n=3變形系數(shù)σb=150~215MPa=200K=1.3p正=0.9×3×200=540MPaP正=1.3×540×277.45=194769N=194KNP=cpA=cAZnσbp=Znσb（1+dμ×D/4HN)Z=1模具形狀系數(shù)

n=1.5徑向擠壓變形系數(shù)d=1.3徑向擠壓的柱形截面的形狀系數(shù)μ=0.2摩擦因數(shù)。表面精加工，石墨潤(rùn)滑劑D=25mm徑向擠壓直徑HN=4mmp=1×1.5×200×(1+1.3×0.2×25/4×4)=422MPaP=cpA=1.3×422×∏×(25/2)2=269156N≈262KNP徑向=262KN選J23-63曲柄壓力機(jī)(3)選J23-63曲柄壓力機(jī)1噸力=1000千克力=9.8KN公稱力千牛kN630主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目名稱單位J23-63公稱力千牛kN630公稱力行程毫米