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航空座椅锁扣缸体冷挤压工艺及模具设计 |
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作者：王家宣 张翔 熊洪森 孙卫和 张跃荣 |
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摘要：通过研究航空座椅锁扣缸体的形状特点、零件的制造难度，确定了冷挤压成形零件的工艺方案，设计并制造冷挤压模具一套，生产出合格零件。演示并分析了零件的冷挤压变形过程；记录了冷挤压过程中与不同变形程度相对应的挤压力，绘制了冷挤压过程的连续挤压力曲线；对零件挤压方向的剖面进行了金属纤维组织观察，对零件流线分布进行了分析。
关键词：冷挤压工艺模具设计
一、引言
如图1所示为航空座椅锁扣缸体的零件图，零件材料选用LD2。零件为航空座椅的减震缸，缸体内筒放置弹簧，活塞压缩弹簧沿筒壁运动，飞机震动时起到减震作用。该零件是航空座椅锁扣总成的关键零件。为达到其使用性能，零件内筒筒壁应光滑，无划痕，以保证活塞运动顺畅，内筒表面粗糙度要求为RaO.2-0.4；零件外表面为保持美观和将来镀铬的需要，外表面粗糙度要求为Ra3.2；零件应具有一定的刚度；零件内外筒应保证同心，同心度要求为0.4mm；为保证活塞与内筒配合的严密，内筒部分不允许机械加工。
该零件的制造难度是:直筒部分壁厚1.45 mm,长度130mm，壁薄筒深难以成形；尺寸精度要求很高；头部与直筒部分形状不同，常规制造方法难以加工；直筒部分及底部均无斜度，用挤压加工制造时，零件出模困难。
鉴于以上对于零件特点及制造难度的分析，采用机械加工的方法加工难度大，材料利用率低，加工周期长，成本高；采用直筒与头部焊接的方法，不仅难于保证焊接部分的表面质量，又不能保证焊接时直筒部分不受热变形，更难保证零件的使用性能。
冷挤压成形属于体积成形，该零件由于直筒部分与头部形状不同，可以采用正反复合挤压方法。通过冷挤压成形，既可以保证零件表面较高的粗糙度要求，也可以节省材料、提高零件的强度、硬度、尺寸精度等，更重要的是简化了锁扣缸体零件的制造工艺、大幅度降低成本，更适应于批量化生产。
二、航空座椅锁扣缸体工艺方案制订
(1) LD2棒料精车下料，保证尺寸控制在公差范围内，侧表面尽可能光洁。坯料尺寸如图2所录。
(2)将坯料除油、光亮处理，以除去坯料表面的氧化膜。
(3)坯料干燥处理，表面涂覆润滑剂。
(4)坯料置于凹模内，挤压时注意凸模的润滑，并保证一定的挤压速度，控制挤压行程连续挤压到所需尺寸。
(5)挤压后顶出坯料，成形零件如图3所示。
(6)车削零件直筒口部，使直筒口部形状及直筒长度符合图纸要求。
(7)零件底部凸耳钻孔，以孔定位铣削底部半圆弧。
(8)按图1检验成形件及表面。
三、模具结构设计
模具结构如图4所示。
1.上模座 2.凸模垫 3.凸模定位套 4.上凸 5.凸模压圈 6.凸模压紧盖板 7.定位销 8.凹模压圈 9.凹模 10.下凸模 11.导柱 12.支撑 13.推杆 14.下模定位套 15.下模垫板16.定位销 17.下模座 18.顶杆 19.圆柱头内六角螺钉 20.定位销 21.圆柱头内六角螺钉22.导套 23.限位套
四、零件冷挤压变形过程
图5所示为缸体挤压坯的12步成形阶段(每次凸模多压下3mm)，可反映零件整个冷挤压变形过程。
零件1~4(左起)随上凸模压下量的增大，正挤压变形和反挤压变形同时进行，正挤压变形趋势大，反挤压变形趋势小；零件5表明正挤压变形结束，反挤压变形达到一定程度；零件6一12表明随上凸模压下量的继续增加，零件只进行反挤压变形，变形程度越来越大，致使筒部尺寸越来越长。
用滑移线场理论计算的零件反挤压变形所需应力远大于正挤压变形所需应力，所以零件冷挤压过程中，正挤压变形阻力小，反挤压阻力大。根据最小阻力原理，零件挤压变形时正挤压变形的趋势更明显。与实验结果是相吻合的。
另外，反挤压变形摩擦阻力比正挤压变形的摩擦阻力大，也是坯料正挤压变形较容易的原因之一。
五、冷挤压过程连续挤压力曲线
在上述12次挤压过程中，记录每次冷挤压快结束时的挤压力大小，用光滑曲线连接12次冷挤压的挤压力，绘制零件冷挤压全过程的连续挤压力变化曲线如图6所示，点1一4零件处于复合挤压变形阶段，挤压力迅速增加，点5一12零件处于反挤压变形阶段，挤压力基本上不变，略有降低。
六、零件截面流线分析
从零件上线切割如图7所示片段，观察区域A的流线。观察到剖面的流线如图8所示。由图可以明显看出，冷挤压零件金属流线不被切断，而是沿着挤压件轮廓连续分布，流线分布合理。且流线方向沿零件筒部的方向，与零件可能受到的压应力方向一致。这样的流线分布可以充分发挥材料的潜力，提高零件的性能和寿命。
流线图表明冷挤压变形时在凹模出口与凸模之间有一个分流点，分流点上方的金属随凸模向下运动而向外、向上流动；而分流点下方的金属随凸模向下运动而向下流动。(end)
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(3/28/2005) |
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