摘要：文章通過(guò)對(duì)矩形喇叭的冷擠工藝改進(jìn)，最終加工出符合圖紙要求的零件。針對(duì)冷擠工藝中存在的問(wèn)題，進(jìn)行了潤(rùn)滑試驗(yàn)、金屬流動(dòng)試驗(yàn)及毛坯形狀試驗(yàn)，確定了加工時(shí)使用的潤(rùn)滑劑和毛坯形狀，在金屬流動(dòng)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)成形模具進(jìn)行了改進(jìn)，達(dá)到了改進(jìn)工藝的目的。采用改進(jìn)后的工藝方法，加工出了符合設(shè)計(jì)圖紙要求的零件。

關(guān)鍵詞：冷擠工藝；工藝試驗(yàn)；金屬流動(dòng)；改進(jìn)

中圖分類號(hào)：TH162+.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—8937（2012）23—0107—02

矩形喇叭是我公司某產(chǎn)品中的關(guān)鍵零件，零件下部為一長(zhǎng)方體，上部為四棱梯形喇叭狀，如圖1所示。該零件材料為鋁合金3A21，形狀復(fù)雜，冷擠工藝性差，加之直壁上有兩個(gè)深1 mm、寬7 mm的槽，更給冷擠工藝造成了困難。存在的主要問(wèn)題為：兩斜面材料有疊加現(xiàn)象；表面粗糙度Ra達(dá)不到0.8；潤(rùn)滑劑不夠理想；易出現(xiàn)粘?，F(xiàn)象等，致使零件合格率低，難以保證產(chǎn)品性能要求。針對(duì)上述問(wèn)題，經(jīng)過(guò)反復(fù)的工藝試驗(yàn)，對(duì)成形工藝進(jìn)行了改進(jìn)，最終成形的零件達(dá)到了設(shè)計(jì)圖紙的要求。

1 冷擠工藝試驗(yàn)

針對(duì)該零件成形過(guò)程中存在的問(wèn)題，我們從三個(gè)方面進(jìn)行了工藝試驗(yàn)。

1.1 潤(rùn)滑試驗(yàn)

我們共配制了八種潤(rùn)滑劑，分別進(jìn)行了工藝試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)論如下：

通過(guò)對(duì)八種配方的試驗(yàn)對(duì)比，確定了較為理想的配方，它不僅使成形零件形狀穩(wěn)定，而且消除了粘?，F(xiàn)象，除兩斜面有疊層外，其它部位表面粗糙度均達(dá)到了要求，為阻止斜面材料材料過(guò)快地流動(dòng)，毛坯斜面不涂抹潤(rùn)滑劑，成形效果較為理想。

1.2 金屬流動(dòng)試驗(yàn)

為找出斜面疊層現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，對(duì)原毛坯上表面、一側(cè)面及斜面畫(huà)出坐標(biāo)網(wǎng)格，并分階段調(diào)整對(duì)模深度，由淺入深，通過(guò)觀察各個(gè)階段零件金屬流動(dòng)情況，我們發(fā)現(xiàn)由于毛坯上有一拐角處，材料的流動(dòng)不暢，斜面疊層由喇叭狀的拐角處材料流動(dòng)成形，此外，喇叭斜面材料流動(dòng)快，兩直壁流動(dòng)慢，又在兩直壁形成了疊層，根據(jù)試驗(yàn)情況，我們認(rèn)為毛坯形狀需作改進(jìn)。

1.3 毛坯形狀試驗(yàn)

①為清除斜面上的疊層，在原毛坯基礎(chǔ)上增加了下直面的高度，如圖2所示，目的是使疊層流到斜面上部的直面上，但由此大大增加了材料的變形量和變形力。

②選用長(zhǎng)方體毛坯，如圖3所示，冷擠后型腔質(zhì)量好，疊層消失，但毛坯在凹模內(nèi)呈懸臂狀，上半部呈自由狀態(tài)，凸模下壓力不均，容易折斷凸模。

③通過(guò)對(duì)以上兩種毛坯冷擠零件的對(duì)比及對(duì)材料流動(dòng)情況的分析，決定將毛坯形狀改為梯形，見(jiàn)圖4，并重新設(shè)計(jì)凹模，冷擠后效果較為理想，材料流動(dòng)均勻，斜面的表面粗糙度Ra達(dá)到了0.4，兩直壁疊層消失，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)圖紙所要求的精度。三種毛坯的寬度均為26.5。

2 金屬流動(dòng)分析

在冷擠工藝中，掌握金屬流動(dòng)的規(guī)律，是解決冷擠中出現(xiàn)問(wèn)題以及冷擠成功的關(guān)鍵，根據(jù)金屬的流動(dòng)試驗(yàn)，分析毛坯擠壓零件斜面形成疊層的原因，該零件的擠壓過(guò)程可分為以下幾個(gè)階段：

第一階段，凸模進(jìn)入材料深度為11.2 mm之前（11.2mm為冷擠凸模下方長(zhǎng)方體的高度），當(dāng)凸模壓緊金屬材料時(shí)，靠近下端的極小部分金屬材料，緊貼在凸模頂端上，呈倒四棱臺(tái)形，稱為粘滯區(qū)。這部分材料在整個(gè)冷擠中不流動(dòng)，在該區(qū)的下面，材料受壓向上流動(dòng)，為強(qiáng)烈變形區(qū)，凸模下行，材料上流，在兩側(cè)直面上凸凹模間隙始終相等，為2 mm，材料按一般反擠流動(dòng)規(guī)律，沿凸凹模間隙向上運(yùn)動(dòng)，而在斜面上，隨著凸模下行，其凸凹模間隙是由大變小，材料只在軸向受壓，在徑向受約束力很小，按照最小阻力定律，材料自由外溢，因兩側(cè)直面凸凹模間隙小于斜面上的凸凹模間隙，造成金屬流動(dòng)在側(cè)直面和斜面上速度不同，使側(cè)直面材料對(duì)斜面材料產(chǎn)生一個(gè)附加拉應(yīng)力，斜面中間材料比其兩邊流動(dòng)略快，使斜面材料在流動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)彎曲（圓弧狀），斜面內(nèi)腔凹陷，即出現(xiàn)近似橢圓形凹坑，毛坯拐角線整體上移4。

第二階段，當(dāng)凸模進(jìn)入材料深度超過(guò)深度11.2 mm時(shí)，在直面部分，隨著凸模下行，凸模上高1 mm寬7 mm的凸耳接觸材料，使得該部位材料流速受到嚴(yán)重阻礙而變慢，凸耳兩側(cè)的材料繼續(xù)以原流速向上運(yùn)動(dòng)，流速的不協(xié)調(diào)可造成中間凹陷，轉(zhuǎn)角處撕裂現(xiàn)象，而此時(shí)側(cè)直面間隙仍小于斜面間隙，第一階段現(xiàn)象仍然存在，所不同的是橢圓形凹坑漸漸變淺、變扁，同時(shí)隨上流金屬延斜面上移。

第三階段，隨著凸模繼續(xù)下行，斜面上凸凹模間隙繼續(xù)變小，開(kāi)始了真正的冷擠變形，斜面凹坑和毛坯拐角處的金屬流到了斜面的中心部位，結(jié)束了整個(gè)冷擠過(guò)程，故在斜面內(nèi)、外處形成了疊層。

針對(duì)以上冷擠缺陷，我們從兩方面著手解決：在兩側(cè)面上增加凸凹模間隙t=3 mm，改用形狀二的毛坯。

這樣使得側(cè)直面與斜面流速均勻，消除了附加拉應(yīng)力，改變了原有金屬流速的不協(xié)調(diào)，使原有金屬?gòu)?fù)雜的流動(dòng)呈反擠壓正常流動(dòng)，從而消除零件斜面的疊層。

3 模具的改進(jìn)

根據(jù)金屬流動(dòng)試驗(yàn)及金屬流動(dòng)分析的結(jié)果，在原模具結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)模具進(jìn)行了改進(jìn)，重點(diǎn)對(duì)凹模形狀和尺寸進(jìn)行了改動(dòng)，增加了成形通孔，改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)完全滿足了零件加工精度的要求，也加工出了符合設(shè)計(jì)圖紙要求的零件。

4 結(jié) 論

①本文對(duì)零件成形過(guò)程中的斜面材料疊加現(xiàn)象的理論分析為零件成形奠定了一定的基礎(chǔ)。

②本文針對(duì)某產(chǎn)品四棱臺(tái)狀零件鈑金加工中存在的問(wèn)題，進(jìn)行了潤(rùn)滑、金屬流動(dòng)及毛坯形狀三項(xiàng)工藝試驗(yàn)及模具改進(jìn)，通過(guò)試驗(yàn)摸索出了可行的工藝方法及過(guò)程，加工出了符合設(shè)計(jì)圖紙要求的零件。

③該工藝方法對(duì)類似零件的冷擠加工中潤(rùn)滑劑的使用、毛坯形狀的選擇等具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳詩(shī)惇，何聲健.沖壓工藝學(xué)[J].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，1987.