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套筒熱擠壓工藝與模具設(shè)計

來源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時間：2014-07-18 09:41:47點(diǎn)擊率：

　　1 擠壓件設(shè)計和坯料的計算

　　套筒零件如圖1所示，材料為30Mn。采用反擠壓工藝成形毛坯。

　　零件尺寸精度超出了熱擠壓所能達(dá)到的要求，需加放機(jī)加工余量。根據(jù)圖1的產(chǎn)品零件圖，可知D=39mm，H/d=60/31=1.94。查資料得單邊余量為1.25mm，徑向公差為-0.3+0.6;中心偏差0.4mm;高度方向的單邊余量6mm，公差為-0.5+1.0。從而設(shè)計套筒的熱擠壓件.

　　經(jīng)計算得到擠壓件體積為51637mm3。

　　根據(jù)體積相等的原則和擠壓件體積(加上1%的燒損量)，初步算得坯料尺寸為φ35×54.2mm，再加上下料負(fù)公差0.7mm，確定下料尺寸為φ35×54.9mm。

　　2 工藝過程

　　(1)下料。將整根的30Mn棒料剪切成φ35×54.9mm。剪切斜度不得大于0.5mm，剪切后的坯料斷面不許有剪切毛刺。

　　(2)加熱。加熱設(shè)備選用中頻感應(yīng)加熱爐，鋼溫不低于1200℃，采用流水加熱，坯料中心與表面的溫差不大于50℃。

　　(3)鐓粗預(yù)制坯。為便于毛坯在凹模腔內(nèi)準(zhǔn)確定位，將加熱坯料外徑鐓粗至φ41.3mm(預(yù)制坯高度H≈40mm)。

　　(4)熱擠壓。將鐓粗后的毛坯放在反擠壓模內(nèi)擠壓。開始擠壓溫度為1150～1200℃，終止擠壓溫度不得低于900℃，擠壓件的中心偏差為0.3mm，上口高低不平度不得大于5mm，彎曲度在66mm長度內(nèi)不得大于0.25mm。

　　(5)熱處理。采用余熱退火處理，擠壓件退火處理后的硬度為207～240HB。

　　(6)清理。熱處理后擠壓件應(yīng)進(jìn)行酸洗清理，清理后的擠壓件表面不許有過蝕麻點(diǎn)和殘留氧化鐵皮存在。

　　工藝計算和設(shè)備選擇

　　3.1 變形程度計算

　　反擠壓筒形件的變形程度即斷面收縮率(參見圖2)。

　　滿足鋼質(zhì)零件熱擠壓變形程度εF<60%的要求。

　　3.2 擠壓力的計算

　　已知擠壓方法，被擠壓材料，終止擠壓溫度不低于900℃。單位擠壓力p和總擠壓力P按下式計算：

　　式中K——安全系數(shù)，取1.3

　　A——凸模與坯料接觸表面在凸模施力方向的投影面積，算得A=638mm2

　　Z——模具的形狀系數(shù)，查資料可知，Z=1.2

　　n——擠壓方式及變形程度修正系數(shù)，查資料可知，當(dāng)反擠壓斷面收縮率47.2%時，n=4.5

　　σb——擠壓溫度下材料的極限強(qiáng)度，終鍛溫度920℃的30Mn鋼，σb=55MPa

　　將以上數(shù)據(jù)代人兩式得單位擠壓力p=297MPa，模具材料可以承受;擠壓力P=246kN。

　　3.3 擠壓行程的計算

　　從凸模接觸坯料至擠壓結(jié)束凸模下移的距離S為擠壓行程。

　　S=預(yù)制坯高度-擠壓件底部厚度=40-7=33(mm)。

　　根據(jù)反擠壓力和擠壓行程計算及現(xiàn)有設(shè)備情況，選擇有下頂料裝置1000kN液壓機(jī)。

　　4 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　1.導(dǎo)柱 2.凹模壓緊圈 3.凹模芯 4.凹模 5.帶凸肩螺釘 6.彈簧 7.導(dǎo)套 8.凸模壓緊圈 9.上模座1 0.壓力板 11.上砧塊 12.卸料板 13.凸模 14.下砧塊 15.柱銷 16.高度調(diào)節(jié)塊 17.斜楔 18.凹模墊板 19.頂桿 20.沉套 21.下模座 22.調(diào)節(jié)螺釘

　　凹模4以凹模墊板18與下模座21定位。凹模與凹模壓緊圈2采用錐面配合，用內(nèi)六角螺釘與下模座21緊緊連接。由沉套20和頂桿19組成頂出機(jī)構(gòu)，在氣墊的作用下將擠壓件從凹模內(nèi)頂出。沉套20的一部分伸出下模座，是為了降低合模高度。將熱擠壓模安裝在液壓機(jī)上時，需在下模座21下面增加一個中間有孔的附加墊板，沉套20下部伸進(jìn)附加墊板的孔內(nèi);若熱擠壓模安裝在曲柄壓力機(jī)上時，沉套20下部伸進(jìn)壓力機(jī)工作臺孔內(nèi)。

　　脫料板12和帶凸肩螺釘5及彈簧6組成卸料機(jī)構(gòu)，用于將箍在凸模13上的擠壓件脫下。彈簧的作用是支承脫料板，并能保證脫料板和帶凸肩螺釘上下移動，從而減少凸模的長度，增強(qiáng)了凸模彎曲強(qiáng)度，彌補(bǔ)壓力機(jī)行程不夠大的不足。

　　凸模13與凸模壓緊圈8也采用錐面配合，凸模壓緊圈與壓力板10通過螺釘緊固在上模座9上。

　　凹模的冷卻，是將自來水由管接頭通入凹模壓緊圈和凹模之間的兩道凹槽，自上而下地對凹模進(jìn)行冷卻。凹模墊板18與凹模4不做成一體，主要是為了加工和修理的方便。反擠壓凹模可做成整體式的，也可做成如圖4所示的鑲套式。

　　在反擠壓模的側(cè)面，由上砧塊11、下砧塊14、高度調(diào)節(jié)塊16、柱銷15和調(diào)節(jié)螺釘22等組成鐓粗臺。設(shè)置鐓粗臺的目的，主要是為了清除氧化鐵皮和改變坯料直徑。

　　由圖3可以看出，只要更換凸模13、凸模壓緊圈8、凹模芯3和卸料板12，便可生產(chǎn)不同規(guī)格的反擠壓杯形擠壓件。

　　5 凹模與凸模設(shè)計

　　5.1 反擠壓凹模

　　根據(jù)擠壓件的外徑先算出凹模型腔的工作直徑，然后根據(jù)凹模型腔的工作直徑確定其他各部尺寸。反擠壓凹模如圖5所示。用簡化公式計算當(dāng)量線膨脹率：

　　式中α1——鍛件材料終鍛溫度時的的線膨脹系數(shù)，α1=16.6×10-6/℃

　　α2——模具材料在工作溫度下的線膨脹系數(shù)，α2=12.4×10-6/℃

　　t1——鍛件終鍛溫度，t1=900℃

　　t2——模具型腔工作溫度t2=280℃

　　算得當(dāng)量線膨脹率：

　　計算凹模內(nèi)腔直徑(工作直徑)：

　　式中D——擠壓件的外徑，D=41.5mm。

　　反擠壓凹模材料，采用3Cr2W8V和5CrMnMo，熱處理硬度50～54HRC，模具壽命一般可達(dá)3000件。

　　5.2 反擠壓凸模

　　反擠壓凸模所示。凸模工作直徑：

　　式中d——擠壓件的外徑，d=28.5mm。

　　反擠壓凸模的材料采用W9Cr4V2或W18Cr4V，熱處理硬度54～58HRC，模具使用壽命可達(dá)3000～5000件。

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