劉喆

【摘 要】冷擠壓是指在冷態(tài)下將金屬毛坯放入模具模腔內(nèi)，在強(qiáng)大的壓力和一定的速度作用下，迫使金屬從模腔中擠出，從而獲得所需形狀、尺寸以及具有一定力學(xué)性能的擠壓件。冷擠壓工藝分析及制定是冷擠壓技術(shù)設(shè)計工作的第一步，是一項較為復(fù)雜而又十分重要的技術(shù)準(zhǔn)備工作。工藝設(shè)計是模具設(shè)計的基礎(chǔ)，工藝設(shè)計資料是模具設(shè)計的主要技術(shù)依據(jù)。工藝設(shè)計的好與壞，直接關(guān)系到制件質(zhì)量、成本、生產(chǎn)效率和模具壽命以及冷擠壓技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效果。

【關(guān)鍵詞】冷擠壓 擠壓力 斷面縮減率

冷擠壓工藝分析及制定，同冷擠壓件形狀、尺寸、公差、材料、變形量、設(shè)備條件，制造技術(shù)人員和設(shè)計人員的水平有著密切關(guān)系。綜合地考慮到現(xiàn)在有的生產(chǎn)條件，設(shè)備狀況和加工能力等方面的因素，確定最適宜的冷擠壓工藝、經(jīng)濟(jì)合理的成形工藝方案和優(yōu)良的模具結(jié)構(gòu)。

1 工藝計算

1.1 毛坯體積計算

按照毛坯體積等于擠壓件體積的不變定律，計算出擠壓件的體積就是毛坯的體積。使用三維造型軟件UGS NX4.0繪制擠壓件的立體模型，使用分析工具中的質(zhì)量查詢功能可以方便的計算出立體模型的體積，即擠壓件的體積V=14311.1614 。

1.2 確定毛坯尺寸

通常情況下，毛坯的外徑尺寸要接近成品零件的直徑。為了便于將毛坯自由地放入模具型腔內(nèi)，毛坯外徑應(yīng)比凹模型腔尺寸小0.1～0.2mm。在反擠壓壁厚精度要求較高的杯形件時，在保證毛坯自由地放入模具形腔的情況下，間隙愈小愈有利。根據(jù)這一原則，本文選擇毛坯直徑 比凹模型腔尺寸小0.1mm，即毛坯與模具之間的間隙Z=0.1mm。由于擠壓件直徑 = ，取 =38mm，由下式表示 （1）

得 =37.9mm，計算出毛坯直徑由下式可得出它的高度

（2）

式中：V——毛坯體積（ ）；D——即毛坯直徑 （ ）；H——毛坯高度（ ）；

經(jīng)過計算得出毛坯高度H=13.9 mm。考慮到實(shí)際擠壓金屬流動不會與理想狀態(tài)吻合，所以本文取H=14.5

1.3 變形程度

冷擠壓加工中，表示變形程度的大小有很多方法，這里列出采用較多的兩種方法。

（1）斷面縮減率

（3）

式中 ——冷擠壓變形前毛坯的橫斷面積（ ）； ——冷擠壓變形后制件的橫斷面積（ ）。

由上式可知，（ - ）是斷面變化的絕對值，（ - ）越大就代表冷擠壓斷面變化的絕對值越大。斷面縮減率 的數(shù)值越大，就代表冷擠壓的變化程度越大。

（2）擠壓比G

（4）

G的數(shù)值越大，表示的冷擠壓變形程度越大。

將本例的參數(shù)代入公式得，斷面縮減率 =78.94%；擠壓比G=4.748。

2 工序設(shè)計

2.1 成型工序

（1）變形程度；前面已經(jīng)計算了擠壓件的斷面縮減率為 =78.94%。（2）材料性能；鍛鋁6A02在退火狀態(tài)具有高塑性、高延展性、硬度低、變形抗力小。（3）單位擠壓力；單位擠壓力800～1200p/Mpa，相對較小。（4）設(shè)備能力；公司現(xiàn)有400噸壓力機(jī)，完全可以滿足1360.3kN的擠壓力。（5）生產(chǎn)批量；產(chǎn)品生產(chǎn)屬中、小批量生產(chǎn)。

根據(jù)以上五方面因素，確定采用一道工序成形，并采用車制毛坯。待大規(guī)模生產(chǎn)后在考慮沖切方法制備毛坯。

2.2 輔助工序

輔助工序，系指除毛坯準(zhǔn)備和成形之外的其他工序。在擠壓前需要對毛坯進(jìn)行軟化退火、潤滑，擠壓后需清洗、機(jī)加。

3 工藝方案

經(jīng)過以上的計算和分析，最后確定工藝方案：車制毛坯→軟化退火→浸皂液潤滑→烘干→擠壓成型→清洗→機(jī)加。殼體的擠壓過程大致分為兩個階段，第一階段上凸模先接觸停在型腔段的毛坯，在強(qiáng)大壓力下沿著凹模鑲件變形并向下移動，直至接觸到下凸模，此階段可以看作單獨(dú)的正擠壓。第二階段，金屬在兩個相反的擠壓力作用下流動，此階段才是真正的復(fù)合擠壓過程，也是殼體擠壓成形的主過程。擬定方案：增加毛坯體積，在未到的上端面之前就進(jìn)入復(fù)合擠壓階段，并完成零件成型。

4 結(jié)語

通過殼體的擠壓過程的分析，歸納總結(jié)出外圓有臺階“杯——杯”型零件冷擠壓工藝實(shí)施過程中應(yīng)注意的要點(diǎn)。具體如下：

（1）通過模具設(shè)計盡可能將擠壓余塊留在外圓臺階之上，即F所示區(qū)域，這樣可以避免在過程產(chǎn)生缺陷。（2）計算毛坯體積時，要在計算出的理論值之上至少加6%～8%余料，因?yàn)樵趯?shí)際擠壓的過程中，由于模具表面質(zhì)量的不同和凸、凹模同心度誤差導(dǎo)致金屬在圓周上各點(diǎn)沿軸向流動的速度不一致。

參考文獻(xiàn)：

[1] 洪慎章.冷擠壓實(shí)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004（9）.

[2] 中國模具設(shè)計大典編委會.中國模具設(shè)計大典[G].南昌：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2003.