吉林大學(xué)冷擠壓課件5

第五章冷擠壓加工工序的設(shè)計(jì)5.1冷擠壓件的常見(jiàn)缺陷5.2冷擠壓的許用變形程度5.3不同擠壓方法的一次成形范圍5.4冷擠壓件的加工精度5.5適合于冷擠壓加工的零件形狀5.6冷擠壓工序的金屬流動(dòng)關(guān)系5.7冷擠壓工藝方案的制定5.1冷擠壓件的常見(jiàn)缺陷一、表面折疊多余的表皮金屬被壓入坯料的表層而形成的缺陷，稱(chēng)為表面折疊。二、表面折縫多余的表皮金屬被擠入材料，并隨著流動(dòng)的金屬一起流動(dòng)而深入材料內(nèi)部所形成的缺陷，稱(chēng)為表面折縫。三、縮孔從坯料某表面開(kāi)始，產(chǎn)生的收縮小孔洞，稱(chēng)為縮孔。四、表面裂紋表面裂紋主要有環(huán)形裂紋、縱向裂紋、斜向裂紋以及角裂等。五、內(nèi)部裂紋在擠壓件內(nèi)部，從軸心線處開(kāi)始產(chǎn)生的裂紋，稱(chēng)為內(nèi)部裂紋。5.2冷擠壓的許用變形程度每道冷擠壓加工工序所允許采用的變形程度，稱(chēng)為許用變形程度。許用變形程度越大，則生產(chǎn)率就越高，工序就越少。但因此單位壓力也要增大，這就有可能超出模具所允許的單位壓力，導(dǎo)致模具的損壞。因此，許用變形程度的大小應(yīng)嚴(yán)格控制。一、影響許用變形程度的因素㈠模具許用單位壓力模具許用單位壓力越大,許用變形程度就越大。鋼的冷擠壓模具許用單位壓力以2000～2500MPa為高限來(lái)確定許用變形程度是可行的。㈡材料種類(lèi)被擠壓金屬材料強(qiáng)度越大，擠壓時(shí)變形抗力就越大，則許用變形值就越小。有色金屬比黑色金屬的許用變形值大，黑色金屬的許用變形值隨含碳量的增加而減小。㈢擠壓方式 同一擠壓件采用不同的擠壓方式，所需的單位擠壓力不一樣，因而許用變形程度也就不一樣。正擠壓?jiǎn)挝粩D壓力小于反擠壓?jiǎn)挝粩D壓力，故正擠壓許用變形程度大于反擠壓許用變形程度。㈣模具工作部分的結(jié)構(gòu)形狀

模具工作部分形狀不同，單位擠壓力就不一樣，因而許用變形程度也就不一樣。㈤潤(rùn)滑條件

潤(rùn)滑條件好，許用變形程度就大；潤(rùn)滑條件不好，許用變形程度就小。二、不同材料的許用變形程度㈠有色金屬的許用變形程度

由于有色金屬冷擠壓時(shí)所需的單位擠壓力較小，因此，在不超出模具的許用單位壓力的條件下，所允許的變形程度是很高的，如下表㈡黑色金屬的許用變形程度

1.正擠壓的許用變形程度正擠壓時(shí)，毛坯材料的硬度與許用變形程度的關(guān)系，如圖所示。該關(guān)系曲線的試驗(yàn)條件是：毛坯相對(duì)高度h0／d0＝1.0，經(jīng)退火、磷化皂化處理，凹模錐角α＝120o。，模具的許用單位壓力分別為2000MPa和

2500MPa.

1－模具許用單位壓力為2500MPa2－模具許用單位壓力為2000MPa2.反擠壓的許用變形程度反擠壓時(shí)，毛坯的硬度與許用變形程度的關(guān)系，如圖所示。該關(guān)系曲線的實(shí)驗(yàn)條件為：毛坯的相對(duì)高度h0／d0＝1.0，經(jīng)退火、磷化皂化處理，模具的許用單位壓力分別為2000MPa和2500MPa。1－模具許用單位壓力為2500MPa2－模具許用單位壓力為2000MPa5.3不同擠壓方法的一次成形范圍 不同擠壓方法的一次成形范圍是指在當(dāng)前技術(shù)條件下，一次成形所允許加工界限。它應(yīng)根據(jù)不超出被擠材料的許用變形程度，即不超出模具的許用單位壓力，且保證獲得合格的冷擠壓件等原則來(lái)確定。一、反擠壓杯形件的一次成形范圍1.孔的深度

h/d1:黑色金屬2~3

有色金屬及其合金3~62.底厚b

保證b≥s3.壁厚s純鋁、紫銅等

s/D≥1/200硬鋁、黃銅等s/D≥1/25銅s/D≥1/15４.內(nèi)孔徑

0.5Ｄ≤d1≤0.86Ｄ５.階梯孔杯形件的小孔長(zhǎng)徑比一般情況下，h2/d2≤1。特殊情況下，允許h2/d2＞１但必須限制h2/d2≤1.2．二、正擠壓件的一次成形范圍１.毛坯高徑比ho/do

一般限制ho/do≤８２.正擠壓實(shí)心件桿部直徑d１

0.5Ｄ≤d1≤0.8５Ｄ３.余料高度h１實(shí)心件h１＝d１/2

空心件h１＝（d１－d２）４.凹模錐角α黑色金屬：α＝90°～150°,一般α＝120°

有色金屬：α＝140°～170°

5.4冷擠壓件的加工精度 最佳的擠壓工序不僅工序少、流程短、耗材省、廢品少，而且擠壓件尺寸精度高、形狀偏差少、表面質(zhì)量好。 因此，根據(jù)擠壓件的精度要求來(lái)設(shè)計(jì)擠壓加工工序。一、冷擠壓件的尺寸精度㈠影響尺寸精度的因素1.設(shè)備的剛性及負(fù)荷能力2.模具尺寸精度3.毛坯材料性能及制造精度4.變形條件二、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。 一般情況下，擠壓件外表面表面粗糙度略高，約為Ra3.2～Ra1.6um；內(nèi)表面表面粗糙度較低，約為Ra0.8um。 模具相應(yīng)處的表面粗糙度應(yīng)低于1～2級(jí)。5.5適合于冷擠壓加工的零件形狀

一、冷擠壓加工對(duì)零件形狀的要求㈠斷面形狀對(duì)稱(chēng)如圖,在進(jìn)行擠壓時(shí),先增設(shè)一個(gè)形狀、尺寸完全相同的凸肋，以保證對(duì)稱(chēng)，擠壓完成后再切除。非對(duì)稱(chēng)件對(duì)稱(chēng)件㈡斷面面積差較小如圖，截面面積相差較大，可改為兩次成形。先擠壓制成一個(gè)中間形狀，然后再冷鐓凸緣。毛坯預(yù)成形件空心擠壓件㈢斷面過(guò)度平緩將斷面變化部位設(shè)計(jì)成錐形過(guò)渡，過(guò)渡部分的銜接處采用充分平滑的圓弧連接。㈣錐形及階梯形杯形件不宜冷擠壓加工錐形不利于金屬流動(dòng)?？上燃庸こ芍北诒渭?，然后再增加一道工序加工。原始形狀改進(jìn)后形狀二、適宜冷擠壓加工的最佳形狀1.底部帶桿的杯形件（圖a）2.帶有深孔的雙杯形件（圖b）3.帶有較大法蘭的軸類(lèi)件（圖c）4.多臺(tái)階的階梯軸類(lèi)件（圖d）5.帶有花鍵或齒輪的軸類(lèi)件（圖e）6.截面為正方形、六邊形、八邊形等多邊形薄片零件7.厚壁管類(lèi)零件8.深孔類(lèi)零件9.對(duì)于需要調(diào)質(zhì)為硬度25～35HRC的鋼質(zhì)對(duì)稱(chēng)零件5.6冷擠壓件的分類(lèi)一、階梯軸類(lèi)冷擠壓件1.一端具有粗大頭部的階梯軸2.具有順序階梯的臺(tái)階軸3.中間具有粗大部分的階梯軸二、杯形類(lèi)冷擠壓件1.階梯孔杯形件2.深孔杯形件3.內(nèi)孔帶芯軸的杯形件4.杯底帶凸緣的杯形件5.杯口帶凸緣的杯形件6.中部帶凸緣的杯形件三、空心管類(lèi)冷擠壓件1.圓管狀空心件(圖a)2.凸緣位于管端的空心件(圖b)3.管表面中部帶凸緣的空心件(圖c)四、杯－桿、雙杯及雙桿類(lèi)冷擠壓件１.帶實(shí)心桿的杯－桿類(lèi)件２.帶空心桿的杯－桿類(lèi)件３.帶凸緣的杯－桿類(lèi)件４.雙杯類(lèi)件５.雙桿類(lèi)件五、錐形類(lèi)冷擠壓件返回1.實(shí)體錐形件2.淺杯錐形件3.杯—桿類(lèi)錐形件4.復(fù)雜錐形件5.空心錐形件6.深杯錐形件六、齒形類(lèi)冷擠壓件5.7冷擠壓工藝方案的制定一、冷擠壓件圖的制訂㈠內(nèi)容1.確定冷擠壓和進(jìn)一步加工的工藝基準(zhǔn)2.需要機(jī)械加工的部分，給出公差3.確定擠壓完成后多余材料的排除方式4.確定粗糙度等級(jí)和形位公差㈡注意問(wèn)題1.冷擠壓件圖按1：1比例繪制2.尺寸小而且復(fù)雜的冷擠壓件圖可適當(dāng)放大；若尺寸過(guò)大，則應(yīng)縮小比例，但對(duì)于形狀復(fù)雜部位仍按1：1繪制3.制訂技術(shù)條件，寫(xiě)在冷擠壓件圖樣空白處二、制定冷擠壓工藝方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)1.冷擠壓件的尺寸尺寸越大，設(shè)備的噸位越大，加工越困難。2.冷擠壓件的形狀形狀越復(fù)雜，加工越困難3.冷擠壓件的精度精度超過(guò)一定限度，加工困難4.冷擠壓件的材料材料不同，加工方案不同5.冷擠壓件的費(fèi)用包括材料消耗費(fèi)用、備料費(fèi)用、工具及模具制造費(fèi)用、冷擠壓加工費(fèi)用和后續(xù)加工費(fèi)用三、冷擠壓工序的設(shè)計(jì)加工全過(guò)程包括以下工序：下料工序預(yù)成形工序輔助工序冷擠壓工序后續(xù)加工工序㈠擠壓工序數(shù)目的確定冷擠壓工序數(shù)目的確定主要取決下列因素：1.冷擠壓件的復(fù)雜程度2.冷擠壓件材料的成形性能3.變形程度的大小4.金屬的流動(dòng)狀況5.擠壓件的尺寸參數(shù)6.擠壓件的精度7.擠壓件的批量㈡中間工序的設(shè)計(jì)中間工序是成品之前的半成品的冷擠壓工序。中間半成品工序設(shè)計(jì)應(yīng)注意如下問(wèn)題：1.最大限度的滿(mǎn)足擠壓件的質(zhì)量要求。2.應(yīng)保證充滿(mǎn)難以擠壓到位的冷擠壓件的局部形狀。3.當(dāng)成品擠壓毛坯呈懸空狀態(tài)時(shí)，應(yīng)增設(shè)中間半成品工序。4.中間半成品錐形形狀的錐角應(yīng)大于冷擠壓相應(yīng)處的錐角。㈢各道工序間的尺寸配合1.徑向尺寸配合關(guān)系原則：要使毛坯或半成品能夠自由放入下一道工序的模腔內(nèi)。2.軸向尺寸配合關(guān)系半成品軸向尺寸要小于成品相應(yīng)處軸向尺寸3.其他尺寸的配合關(guān)系半成品過(guò)度部位實(shí)際錐角，半成品的圓角半徑與成品半徑相協(xié)調(diào)，即R1

≥R2冷擠壓工序設(shè)計(jì)實(shí)例一、實(shí)心件正擠壓圖是一個(gè)細(xì)長(zhǎng)螺釘，原來(lái)全部采用切削加工。這是一個(gè)有三個(gè)階梯的08鋼零件，用一次正擠壓與一次墩頭兩次變形工序進(jìn)行加工。在第一次正擠壓時(shí)，變形量雖高達(dá)83.6％，但效果很好，目前生產(chǎn)情況正常。1由零件圖轉(zhuǎn)變?yōu)槔鋽D壓件圖零件圖擠壓件圖2工藝方案分析若采用一次冷擠壓工序。直接由9.85mm直徑的毛坯正擠壓成3.45mm直徑的桿部，則斷面縮減率

這樣大的變形程度如果在條件較為有利的情況下是可以爭(zhēng)取達(dá)到的，但是考慮到9.85mm直徑過(guò)渡到3.45mm直徑的過(guò)渡角為180°，這是一個(gè)不利的因素，另一方面如果直接由9.85毫米的毛坯將9mm與3.45mm兩段直徑擠壓出來(lái)凹模的工作帶長(zhǎng)度將超過(guò)14.5mm：對(duì)冷擠壓就更為不利。因此，將擠壓件用一次正擠壓工序進(jìn)行生產(chǎn)是比較因難的。現(xiàn)在采用兩次變形工序。先用直徑8.4mm的毛坯將3.45mm直徑的桿部擠出；然后再在第二次變形工序中將頭部鐓壓成形，同時(shí)將零件下端的3.07mm直徑擠壓出來(lái)。兩次變形工序的工藝過(guò)程示如圖。生產(chǎn)實(shí)踐證明，這個(gè)兩次變形工藝方案是合理的。二、汽車(chē)活塞銷(xiāo)冷擠壓汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞銷(xiāo)如圖所示，材料為20號(hào)鋼或20Cr?；钊N(xiāo)將發(fā)動(dòng)機(jī)活塞與連桿聯(lián)結(jié)起來(lái)在氣缸內(nèi)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在工作時(shí)承受交變應(yīng)力，要求有較高的耐磨性和疲勞強(qiáng)度。這里主要討論活塞銷(xiāo)工藝方案的擬訂與連皮的位置兩個(gè)問(wèn)題。一、冷擠壓工藝方案的擬訂首先要把活塞銷(xiāo)零件圖變成適合于冷擠壓工藝的擠壓件圖?；钊N(xiāo)內(nèi)孔（直徑14．6mm）的精度要求可以由冷擠壓工藝滿(mǎn)足，因此不必留切削余量。外圓光潔度要求花10（Ra0.2），精度要求0.01mm，用冷擠壓方法達(dá)到這樣的光潔度與精度在目前尚有一定的困難，所以在零件外圓留出磨削余量0.5mm(雙邊)，在冷擠壓工序以后用無(wú)心磨床將外圓磨出。至于活塞銷(xiāo)連皮的安放位置，有兩種不同的方案：1．將連皮放置在杯形擠壓件的底部2．將連皮放置在擠壓件的中部如果采用圖5—27的方案，工件反擠壓的斷面縮減率14.62/22.52=42.1%這個(gè)變形程度無(wú)論對(duì)20號(hào)鋼或?qū)?0Cr都是可行的。但是冷擠壓工藝方案的合理性不能僅從變形程度單方面來(lái)看，它還取決于反擠壓凸模的縱向穩(wěn)定性(防止細(xì)長(zhǎng)凸根的彎折)。為了防止細(xì)長(zhǎng)凸模的彎折，一般規(guī)定反擠壓鋼質(zhì)杯形件時(shí)，凸模工作部分的長(zhǎng)細(xì)比(長(zhǎng)度與直徑之比)不應(yīng)超過(guò)3.0。

即：L最大/d<3.0

在圖5-27的第一方案中，如果采用一次反擠壓工序，凸模的長(zhǎng)細(xì)比

l/d=70/14.6=4.8>3.0這樣的長(zhǎng)細(xì)比數(shù)值太大，在生產(chǎn)中容易引起凸模彎折。因此如果采用一次反擠壓方案，顯然變形程度未超出許可范圍，但加工仍有一定的困難?，F(xiàn)在采用的如圖5—28所