康克勇

(四川華豐企業(yè)集團(tuán)有限公司四川綿陽62100)

1 引言

圖1 殼體產(chǎn)品圖

冷擠壓是利用金屬塑性變形原理，在室溫下將金屬坯件置于壓力機模具內(nèi)在壓力和一定速度下是金屬產(chǎn)生塑性變形以成型擠壓毛坯的工藝技術(shù)，是現(xiàn)代一種少無切屑的生產(chǎn)工藝方式，殼體是連接器部件中結(jié)構(gòu)元件，根據(jù)其性能要求，有多種生產(chǎn)技術(shù)，這里選擇一種圓形連接器的座殼體進(jìn)行生產(chǎn)工藝分析，殼體的產(chǎn)品圖如下。

材料設(shè)計選擇6061-T4是Al-Mg-Si系高強度鍛鋁合金，Si含量0.40-0.8%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，是一種可熱處理強化，具有中等強度和良好的耐蝕性，但在冷態(tài)下塑形比硬鋁差容易出現(xiàn)裂紋的鋁合金。

根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品生產(chǎn)批量需求，結(jié)合生產(chǎn)設(shè)備條件和生產(chǎn)成本要求，設(shè)計生產(chǎn)流程為:原材料→鋸料→制作冷擠壓坯件→冷擠壓坯件處理→冷擠壓成型→冷擠壓制件處理→冷擠壓制件機加工→零件電鍍;在確定冷擠壓工藝中，內(nèi)孔壁上五個鍵槽深度外直徑不再機械加工，其余尺寸通過留余量(必須考慮電鍍層對此的增加與減少)加工得到最后零件要求尺寸。

2 鋸料

選擇用鋁棒經(jīng)過鋸床切斷，切斷規(guī)格Φ38×420(±0.5);由于下料后要做成冷擠壓坯件，需要關(guān)注與原材料的一些問題，避免在表面有裂紋，氣泡、嚴(yán)重劃傷和嚴(yán)重氧化皮，這些缺陷會在冷擠壓坯件時無法消除將帶入冷擠壓制件甚至發(fā)展，影響冷擠壓制件質(zhì)量，對模具產(chǎn)生危害。

3 制作冷擠壓坯件

根據(jù)冷擠壓工藝調(diào)特征核算和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點將坯件做成如圖2形狀。

圖2 冷擠壓毛坯件圖

1)設(shè)備選用C336;

2)將上序中鋸切的棒料在C336設(shè)備按照如圖加工成為冷擠壓的坯件，根據(jù)冷擠壓變形的特征和模具使用要求加工中必須保證產(chǎn)品尺寸的一致性以及端面與軸心線的垂直度;在車削完工的坯件中，注意分選出由于原材料本身缺陷未能在加工中消除留在坯件上的不良坯件(如裂紋和雜質(zhì)等)。

4 冷擠壓坯件處理

根據(jù)材料的特性，在冷擠壓生產(chǎn)前需要對加工出來的冷擠壓坯件進(jìn)行軟化和磷化、皂化處理。

1)軟化處理就是將加工好的坯件按一定的溫度加熱保溫冷卻的退火熱處理工藝(規(guī)范見圖3冷擠壓坯件軟化處理溫度曲線)，以降低坯件的硬度和變形抗力，消除材料的加工內(nèi)應(yīng)力，提高塑形，改善擠壓中模具的受力環(huán)境，從而提高生產(chǎn)效率和提高模具的壽命。

圖3 冷擠壓坯件軟化處理溫度曲線

2)磷化、皂化處理經(jīng)過軟化出來的坯件需要進(jìn)行去除表面氧化層清洗，進(jìn)行磷化和皂化處理，以獲得更高質(zhì)量的冷擠壓潤滑層，生成不溶于水且牢固地與坯料結(jié)合 ，并能在短時間經(jīng)受工作溫度的磷酸鹽膜層;皂化處理就是將磷化處理后經(jīng)用水清洗干凈的坯料投入皂化處理液，利用硬脂酸鈉或肥皂與磷化層中的磷酸鋅反應(yīng)生成硬脂酸鋅，在擠壓中起潤滑作用。磷化和皂化處理的處理液配方及工藝見表1所示，磷化和皂化后經(jīng)干燥處理就可進(jìn)行冷擠壓成型了。為了加速磷化反應(yīng)，往往加入硝酸鹽亞硝酸鹽或氯酸鹽等催化劑 ，一般在處理時將固或液體的化學(xué)原料用水稀釋成溶液狀態(tài)以浸漬法或噴灑法來進(jìn)行。

5 冷擠壓成型

1)根據(jù)設(shè)備條件，選擇在LIC400壓力機上擠壓生產(chǎn);

2)模具準(zhǔn)備:圖4為設(shè)計冷擠壓模具，模具在設(shè)備上的安裝與調(diào)試，應(yīng)保證上下模具的對正和間隙調(diào)整適當(dāng);模具安裝的中心線與壓力機的中心線相吻合，模具與機床安裝板的連接與緊固可靠。

機床檢查:油路與電路正常開啟和關(guān)閉，安全防護(hù)裝置齊備且動作可靠;

圖4 冷擠壓模具結(jié)構(gòu)圖

表1 磷化和皂化處理的處理液配方及工藝

3)擠壓生產(chǎn):檢查完模具與機床后可以加入經(jīng)過處理的坯件進(jìn)行擠壓生產(chǎn)，圖5為擠壓成型的制件。

圖5 冷擠壓制件圖

6 冷擠壓制件處理

通過擠壓加工獲得了需要冷擠壓產(chǎn)品的形狀和尺寸，但在擠壓中，材料內(nèi)部晶粒和組織也發(fā)生改變，材料的力學(xué)性能和物理性能發(fā)生改變，強度上升，塑形下降即產(chǎn)生了加工硬化，同時擠壓中鋁合金材料變形不均勻，使得產(chǎn)品的組織和性能也不均勻。為獲得產(chǎn)品均勻的組織和性能，消除擠壓過程的應(yīng)力，需要對擠壓制件進(jìn)行規(guī)范的熱處理，即淬火和人工時效。將擠壓成型的擠壓制件經(jīng)過加熱到525℃保溫5h，放入75℃左右的熱水中，5min左右取出快速干燥轉(zhuǎn)入時效爐加熱到165℃保溫8h后，隨爐冷卻到常溫。熱處理溫度曲線見圖6。

材料在冷擠壓每個環(huán)節(jié)由于狀態(tài)的變化和處理，其硬度都要發(fā)生變化。通過對試件的硬度測試數(shù)據(jù)見表2。

圖6 冷擠壓殼體淬火——人工時效溫度曲線

圖7 殼體生產(chǎn)過程硬度變化

表2 冷殼體不同狀態(tài)硬度(HBS)測試數(shù)據(jù)

7 冷擠壓制件機加工

根據(jù)產(chǎn)品最終尺寸精度的要求，對擠壓制件采用分步車削和分步銑加工結(jié)合、普通設(shè)備與數(shù)控設(shè)備結(jié)合的工藝路線。

1)分步車加工:選擇刀塔數(shù)控車床和普通車床，分步完成車加工加工。

第一步以1-1外圓為基準(zhǔn)加工完成鍵槽孔￠15.6+0.1、￠ 17.7+0.1及外圓 ￠ 19-0.1的有關(guān)車削尺寸;

第二步以￠19-0.1為基準(zhǔn)加工完成￠13.4+0.1、￠ 14.6+0.1、￠ 15.7+0.1、0.75-2UNEF 外螺紋和軸向孔內(nèi)槽的加工;

圖8 車加工產(chǎn)品

2)銑床加工:選擇普通工具銑床和數(shù)控銑床結(jié)合，在普通銑床上利用分度頭完成3-￠1.65+0.02孔的加工，利用專用夾具在數(shù)控銑床完成方盤、盤上4-￠3.1孔和3- ￠1.65+0.02內(nèi)鼻孔70°倒角的加工。

圖9 銑加工產(chǎn)品

由于殼體機加工完成后需要電鍍處理，需要根據(jù)鍍層對尺寸的影響對電鍍層厚度t進(jìn)行增加和減小確定加工尺寸，由于鍍層厚度t增加了產(chǎn)品實體厚度，機加工尺寸應(yīng)該按照產(chǎn)品電鍍后尺寸扣除電鍍層增加的實體的原則來確定。

對于有螺紋加工，根據(jù)螺紋的形狀和特征尺寸，假設(shè)鍍層厚度在螺紋上是均勻分布的，則鍍層對螺紋中徑尺寸產(chǎn)生的影響如圖11所示，3/4-20UNEF外螺紋，牙形角為60°，其中:d為電鍍前螺紋中徑;d1為電鍍后螺紋中徑;t為電鍍層厚度;Δd為電鍍后螺紋中徑單邊增量。按幾何關(guān)系:Δd=t/sin(60°/2)=2t;則電鍍后螺紋中徑總的增量為:d1－ d=2Δd=4t。

最大中徑 =d1max－2Δd=d1max－4t，最小中徑 =d1min－ 2Δd=d1min－4t;

而對于螺紋的大徑和小徑則按照下式計算:

最大大徑=dmax－2t最小大徑=dmin－2 t;

螺紋小徑=d1－2 t最大鍍層厚度。

圖11 鍍層對螺紋中徑尺寸產(chǎn)生的影響

查詢3/4－20UNEF螺紋標(biāo)準(zhǔn)和根據(jù)這些計算式即可計算出螺紋的大徑、小徑和中徑值，作為機加工的控制尺寸。鍍層厚度Ni/Cd10為復(fù)合鍍層，厚度取均值0.025mm，見表3。

8 結(jié)束語

表3 螺紋機加工尺寸表

圓形殼體的冷擠壓生產(chǎn)包括了原材料的準(zhǔn)備、坯件的制造與處理、冷擠壓模具的設(shè)計與制造和冷擠壓操作、擠壓件的機械加工等環(huán)節(jié)。其中，每個環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制和工藝要領(lǐng)都會對最終產(chǎn)品的質(zhì)量起著重要作用。實際生產(chǎn)中，必須對各個環(huán)節(jié)精心管理，對工藝要領(lǐng)嚴(yán)密執(zhí)行。成功采用冷擠壓生產(chǎn)工藝，可以提高生產(chǎn)效率，增加材料利用率，降低制造成本，縮短生產(chǎn)周期，對連接器部件參與市場提供良好的競爭力。

［1］ 洪正章.冷擠壓實用技術(shù).機械工業(yè)出版社.

［2］ 林鋼，林慧國，趙玉濤.鋁合金應(yīng)用手冊.機械工業(yè)出版社.

［3］ 曾志斌.螺紋電鍍前尺寸精度的控制.新技術(shù)新工藝，2011年第3期.