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套筒热挤压工艺与模具设计 |
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作者： |
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1 挤压件设计和坯料的计算
套筒零件如图1所示，材料为30Mn。采用反挤压工艺成形毛坯。
零件尺寸精度超出了热挤压所能达到的要求，需加放机加工余量。根据图1的产品零件图，可知D=39mm，H/d=60/31=1.94。查资料得单边余量为1.25mm，径向公差为-0.3+0.6；中心偏差0.4mm；高度方向的单边余量6mm，公差为-0.5+1.0。从而设计套筒的热挤压件如图2所示。
经计算得到挤压件体积为51637mm3。
根据体积相等的原则和挤压件体积（加上1%的烧损量），初步算得坯料尺寸为φ35×54.2mm，再加上下料负公差0.7mm，确定下料尺寸为φ35×54.9mm。
2 工艺过程
(1)下料。将整根的30Mn棒料剪切成φ35×54.9mm。剪切斜度不得大于0.5mm，剪切后的坯料断面不许有剪切毛刺。
(2)加热。加热设备选用中频感应加热炉，钢温不低于1200℃，采用流水加热，坯料中心与表面的温差不大于50℃。
(3)镦粗预制坯。为便于毛坯在凹模腔内准确定位，将加热坯料外径镦粗至φ41.3mm(预制坯高度H≈40mm)。
(4)热挤压。将镦粗后的毛坯放在反挤压模内挤压。开始挤压温度为1150～1200℃，终止挤压温度不得低于900℃，挤压件的中心偏差为0.3mm，上口高低不平度不得大于5mm，弯曲度在66mm长度内不得大于0.25mm。
(5)热处理。采用余热退火处理，挤压件退火处理后的硬度为207～240HB。
(6)清理。热处理后挤压件应进行酸洗清理，清理后的挤压件表面不许有过蚀麻点和残留氧化铁皮存在。
挤压成形工步如图3所示。
工艺计算和设备选择
3.1 变形程度计算
反挤压筒形件的变形程度即断面收缩率（参见图2）。
满足钢质零件热挤压变形程度εF＜60%的要求。
3.2 挤压力的计算
已知挤压方法，被挤压材料，终止挤压温度不低于900℃。单位挤压力p和总挤压力P按下式计算：
式中K——安全系数，取1.3
A——凸模与坯料接触表面在凸模施力方向的投影面积，算得A=638mm2
Z——模具的形状系数，查资料可知，Z=1.2
n——挤压方式及变形程度修正系数，查资料可知，当反挤压断面收缩率47.2%时，n=4.5
σb——挤压温度下材料的极限强度，终锻温度920℃的30Mn钢，σb=55MPa
将以上数据代人两式得单位挤压力p=297MPa，模具材料可以承受；挤压力P=246kN。
3.3 挤压行程的计算
从凸模接触坯料至挤压结束凸模下移的距离S（见图3c）为挤压行程。
S=预制坯高度-挤压件底部厚度=40-7=33(mm)。
根据反挤压力和挤压行程计算及现有设备情况，选择有下顶料装置1000kN液压机。
4 模具结构设计
套筒热挤压模具如图4所示。
图4 套筒热挤压模具
1.导柱 2.凹模压紧圈 3.凹模芯 4.凹模 5.带凸肩螺钉 6.弹簧 7.导套 8.凸模压紧圈 9.上模座1 0.压力板 11.上砧块 12.卸料板 13.凸模 14.下砧块 15.柱销 16.高度调节块 17.斜楔 18.凹模垫板 19.顶杆 20.沉套 21.下模座 22.调节螺钉
凹模4以凹模垫板18与下模座21定位。凹模与凹模压紧圈2采用锥面配合，用内六角螺钉与下模座21紧紧连接。由沉套20和顶杆19组成顶出机构，在气垫的作用下将挤压件从凹模内顶出。沉套20的一部分伸出下模座，是为了降低合模高度。将热挤压模安装在液压机上时，需在下模座21下面增加一个中间有孔的附加垫板，沉套20下部伸进附加垫板的孔内；若热挤压模安装在曲柄压力机上时，沉套20下部伸进压力机工作台孔内。
脱料板12和带凸肩螺钉5及弹簧6组成卸料机构，用于将箍在凸模13上的挤压件脱下。弹簧的作用是支承脱料板，并能保证脱料板和带凸肩螺钉上下移动，从而减少凸模的长度，增强了凸模弯曲强度，弥补压力机行程不够大的不足。
凸模13与凸模压紧圈8也采用锥面配合，凸模压紧圈与压力板10通过螺钉紧固在上模座9上。
凹模的冷却，是将自来水由管接头通入凹模压紧圈和凹模之间的两道凹槽，自上而下地对凹模进行冷却。凹模垫板18与凹模4不做成一体，主要是为了加工和修理的方便。反挤压凹模可做成整体式的，也可做成如图4所示的镶套式。
在反挤压模的侧面，由上砧块11、下砧块14、高度调节块16、柱销15和调节螺钉22等组成镦粗台。设置镦粗台的目的，主要是为了清除氧化铁皮和改变坯料直径。
由图3可以看出，只要更换凸模13、凸模压紧圈8、凹模芯3和卸料板12，便可生产不同规格的反挤压杯形挤压件。
5 凹模与凸模设计
5.1 反挤压凹模
根据挤压件的外径先算出凹模型腔的工作直径，然后根据凹模型腔的工作直径确定其他各部尺寸。反挤压凹模如图5所示。用简化公式计算当量线膨胀率：
式中α1——锻件材料终锻温度时的的线膨胀系数，α1=16.6×10-6/℃
α2——模具材料在工作温度下的线膨胀系数，α2=12.4×10-6/℃
t1——锻件终锻温度，t1=900℃
t2——模具型腔工作温度t2=280℃
算得当量线膨胀率：
计算凹模内腔直径（工作直径）：
式中D——挤压件的外径，D=41.5mm。
反挤压凹模材料，采用3Cr2W8V和5CrMnMo，热处理硬度50～54HRC，模具寿命一般可达3000件。
5.2 反挤压凸模
反挤压凸模如图6所示。凸模工作直径：
式中d——挤压件的外径，d=28.5mm。
反挤压凸模的材料采用W9Cr4V2或W18Cr4V，热处理硬度54～58HRC，模具使用寿命可达3000～5000件。(end)
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(8/23/2012) |
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