一种冷挤压中轴档的模具设计方法

郑传现

（安徽水利水电职业技术学院 机械工程系，安徽 合肥231603）

1 冷挤压成形工艺方案的分析

中轴档是某产品的一个重要零件，该零件材料为低碳钢B2，产品精度要求较高。原材料用棒料，毛坯经过镦粗和冲孔，最后通过正挤压成形该零件，该工艺尽管能保证毛坯尺寸，但工序多，加工工艺复杂，劳动强度大，生产效率低，金属切削余量大，而且产品质量不稳定；采用板料毛坯，通过正挤压成形该零件，该工艺不仅能保证毛坯尺寸，而且工序少，加工工艺简单，节约材料，提高零件生产效率，降低零件生产成本，便于大批量生产。

通过以上分析比较，决定采用板料毛坯冷挤压成形中轴档的工艺方法。中轴档冷挤压毛坯如图1所示。

图1 冷挤压毛坯图

2 冷挤压工艺设计计算

2.1 冷挤压变形程度

冷挤压变形断面缩减率的计算公式为［1］：

计算冷挤压变形断面缩减率，得：

由文献［2］可知，对B2钢，冷挤压许用变形程度［ψ］＝65%～70%，挤压变形程度小于许用变形程度。所以，可以一次冷挤压成形。

2.2 毛坯尺寸的确定

中轴档冷挤压毛坯总体积是根据零件的冷挤压毛坯图计算，通过计算得总体积为：V0＝3 792mm2；毛坯直径略小于冷挤压件的外径，故选用毛坯直径为Ø33.5mm，内孔直径取Ø10mm，如图2所示，毛坯的厚度（高度）用下式计算为：

故选用毛坯厚度为5mm的钢板。

图2 挤压前毛坯

3 毛坯的制备处理

毛坯在挤压变形前，必须进行软化退火和润滑处理。

3.1 毛坯的软化退火处理

毛坯在冷挤压前，需要进行软化退火处理，其目的是降低毛坯材料硬度，提高塑性，降低变形力，其毛坯软化退火规范如图3所示，经软化退火处理后的毛坯硬度为110～120HB。

图3 软化退火规范

3.2 毛坯的润滑处理

良好的润滑条件可以降低挤压力、提高零件的表面质量、提高模具使用寿命，所以，在冷挤压前毛坯必须进行润滑处理。中轴档毛坯挤压时，由于接触表面的单位压力很高，采用一般的刷涂润滑剂的方法，润滑剂很容易被挤掉，不能起到润滑作用，采用磷化—皂化处理，能够满足上述要求。因为磷酸处理，使金属表面形成一层不溶性的金属磷酸盐薄层〈简称磷化层〉，呈片状结构磷化层是多孔的，它吸附在金属表面上，能储存润滑剂，保证在高压下挤压毛坯与模具隔离。其表面处理过程：化学去油—热水清洗—冷水清洗—酸洗—冷水清洗—中和处理—冷水清洗—磷化处理—热水清洗—皂化处理—烘干。

4 模具设计

4.1 模具结构

根据中轴档冷挤压毛坯图，设计了中轴档冷挤压模，如图4所示。

图4 挤压模

4.2 凹模设计

凹模是与冷挤压毛坯接触、直接参与冷挤压变形过程、执行冷挤压成形加工的最重要关键零件。凹模受力极其复杂，工作条件极其恶劣，为避免应力集中的现象，不同直径的连接，必须圆弧过渡，光滑连接，不允许有刀痕，内表面要研磨抛光。只有正确合理设计凹模，才能满足中轴档挤压毛坯的顺利成形。该冷挤压凹模采用组合凹模结构，这样不仅提高了凹模强度，减少了模具钢消耗，而且模具制造时加工方便。设计的冷挤压凹模如图5所示。

内模选用Cr12MoV材料，热处理达到61～63 HRC；外套选用45钢材制造，热处理达到45～50 HRC。在设计冷挤压凹模时，为保证中轴档冷挤压R5处的顺利成形，避免该处在冷挤压时产生负压，造成金属冲填不满，因此要在凹模上开有出气孔。

4.3 凸模设计

在挤压过程中，凸模要承受一个很大的轴向压应力，因此，不允许有任何应力集中的现象，设计的冷挤压凸模如图6所示。

冷挤压凸模选用GCr15材料制造，热处理达到58～60HRC。GCr15虽然是一种含合金成分较低的钢材，具有较高的抗压强度，制造成本低，使用寿命较高，使用效果很好。

5 结束语

采用冷挤压工艺生产中轴档零件，减少了机加工序，提高了生产效率，零件表面粗糙度低，零件尺寸精度高，同时，节约原材料，降低生产成本，取得了较好的经济效率和社会效益。

图5 冷挤压凹模

图6 冷挤压凸模

［1］杨长顺.冷挤压模具设计［M］.北京：国防工业出版社，1994.

［2］余承辉，吴耀华.中轴螺帽冲挤加工工艺［J］.热加工工艺，2010，39（23）：239－241.

［3］胡锋涛，周杰，周亮.氧枪喷头热挤压成形工艺研究［J］.热加工工艺，2008，37（13）：63－65，69.

［4］湖南省机械工程学会锻压分会.冲压工艺［M］.长沙：湖南科学技术出版社，1984.

［5］杨长顺.冷挤压工艺实践［M］.北京：国防工业出版社，1984.