第四章冷挤压工艺制定

第四章冷挤压工艺制定冷挤压工设计是确定挤压件的形状、尺寸、精度和材料之后，着手设计模具之前的一个阶段。在此阶段要制定工件的冷挤压加工工艺和有关的工艺顺序和数量，并研究具体实现复合生产要求的零件零件质量控制、经济性等有关问题。4.1冷挤压工艺的设计内容及方法4.1.1工艺设计前的准备工作1、查阅有关工艺设计资料；2、产品图研究；3、成形性研究；4、了解生产现状和技术条件冷挤压近净成形滑履（HMn60－3），年产10万件采用冷挤压近净成形工艺，无金属切屑产生，省去后续机械加工，成形后得到符合技术要求成品零件，生产效率极高，适合大批量生产。节省大量原材料，制品的抗拉强度、耐磨性（磨损机实验）较切削或压铸工艺提高20%以上，近净成形率达到95%，制造成本大大下降。1、与车制滑履相比，节约原料40%以上。车制滑履（HMn60－3）：坯料体积13718mm3/件；材料费：9.25元/件。冷挤压近净成形滑履（HMn60－3）：坯料体积7053mm3/件；

材料费：4.73元/件。节约材料：6665mm3/件；材料利用率48%；节约材料费：4.52元/件。以年产10万件计，共节约材料费45.2万元。2、与车制滑履相比，生产效率提高3.75倍。车制滑履：

工时30s/件

冷挤压近净成形滑履：工时8s/件生产效率提高：3.75倍3、经塑性变形，制品的力学性能较切削或压铸工艺大大提高：抗拉强度σb提高20%，耐磨性（磨损机实验）提高20%，获得高品质的机械零件。4、制品质量好，近净成形率达到95%。获得沿制品轮廓连续分布的流线组织；表面粗糙度值Ra=0.2μm；尺寸精度为IT6。近成形率达到95%。滑履零件的形状如图1所示，其特点如下：(1)根据零件的形状特点，需采用正挤压或反挤压，但如何保证挤压球面成形尺寸精度将是工艺设计的难点。(2)滑履零件的材料为锰黄铜，其供应状态强度高、变形抗力大、存在加工硬化现象，挤压成形对模具材料强度要求很高。挤压毛坯尺寸确定根据零件图，零件的体积为：V=2422.71V坯=2422.71为了使材料的变形程度和移动量尽量小，现在选取毛坯的直径与滑履零件大端直径一致，即d为21.5mm，r=d/2，毛坯的高度为：h=V坯/∏r2=6.68mm。1、与车制滑履相比，节约原料40%以上2、生产效率高：工时8s/件3、抗拉强度σb、耐磨性较切削或压铸工艺提高20%4、表面粗糙度值Ra=0.2μm5、尺寸精度：IT66、成形率：95%如图所示螺塞年产量10万件，材料为硬铝2A12，采用冷挤压工.艺生产该零件毛坯2A12铝合金标准：GB/T3191-1998

用途主要用于制作各种高负荷的零件和构件（但不包括冲压件锻件）如飞机上的骨架零件，蒙皮，隔框，翼肋，翼梁，铆钉等150℃以下工作零件

化学成份：

铝Al：余量

硅Si：≤0.50

铜Cu：3.8～4.9

镁Mg：1.2～1.8

锌Zn：0.30

锰Mn：0.30～0.9

钛Ti：≤0.15

镍Ni：≤0.10

铁Fe：0.000～0.500

铁+镍Fe+Ni：0.000～0.500

抗拉强度σb(MPa)：≥410

条件屈服强度σ0.2(MPa)：≥265

长率δ5(％)：≥12

2A12铝合金为一种高强度硬铝,可进行热处理强化,在退火、刚淬火和热状态下可塑性中等,2A12铝合金点焊焊接性良好，用气焊和氩弧焊时有形成晶间裂纹的倾向；,2A12铝合金在淬火和冷作硬化后可切削性能尚好，在退火状态时不良。抗蚀性不高,常采用阳极氧化处理与涂漆方法或表面加包铝层以提高抗腐蚀能力1、冷挤压图设计4.1.2工艺设计的主要内容和方法

2、初步工艺方案按挤压件中间直径确定毛坯直径，先正挤Ø16，再径向挤压Ø25.易于成形，保证质量，模具结构简化，寿命提高。毛坯直径取Ø18，整形至Ø18.8。3、工艺计算V毛坯=毛坯尺寸：毛坯直径取Ø18，毛坯高度H=正挤压变形程度Ɛ=(7-4/7)×100%≈43%≦Ɛ许用=50%径向挤压变形程度ƐA=(18.982-162/18.82)×100%≈29%≦Ɛ许用=92%4、工序设计：剪切下料---整形---一次挤压成形正挤压挤压力计算：按经验公式计算法：P=KAp=KAZnσbA=18.82-162×∏/4=76.53Z=0.9n=3σb=200K=1.3P正=53724N=54KNP径向=262KN选J23-63曲柄压力机5、工序方案主要技术参数项目名称单位J23-63公称力千牛kN630公称力行程毫米mm8.5滑块行程毫米mm120行程次数次/分SPM50最大装模高度毫米mm270装模高度调节量毫米mm80喉深毫米mm260工作台板前后F.B.毫米mm480

左右L.R.毫米mm710工作台孔尺寸前后F.B.毫米mm200

左右毫米mm340

直径毫米mm250滑块底面前后F.B.毫米mm272

左右L.R.毫米mm320模柄孔尺寸毫米mmΦ50X80立柱间距离毫米mm350垫板厚度毫米mm90机身最大可倾角角度30主电机型号Y132M2-6功率千瓦kW5.5外型尺寸前后毫米mm1810

左右毫米mm1350

高度毫米mm2740

重量千克kg44001吨力=1000千克力=9.8KN1、冷挤压图设计4.1.2工艺设计的主要内容和方法

2、初步工艺方案按挤压件中间直径确定毛坯直径，先正挤Ø16，再径向挤压Ø25.易于成形，保证质量，模具结构简化，寿命提高。毛坯直径取Ø18，整形至Ø18.8。3、工艺计算V毛坯=毛坯尺寸：毛坯直径取Ø18，毛坯高度H=正挤压变形程度Ɛ=(7-4/7)×100%≈43%≦Ɛ许用=50%径向挤压变形程度ƐA=(18.982-162/18.82)×100%≈29%≦Ɛ许用=92%4、工序设计：剪切下料---整形---一次挤压成形正挤压挤压力计算：按经验公式计算法：P=KAp=KAZnσbA=18.82-162×∏/4=76.53Z=0.9n=3σb=200K=1.3P正=53724N=54KNP径向=262KN选J23-63曲柄压力机5、工序方案主要技术参数项目名称单位J23-63公称力千牛kN630公称力行程毫米mm8.5滑块行程毫米mm120行程次数次/分SPM50最大装模高度毫米mm270装模高度调节量毫米mm80喉深毫米mm260工作台板前后F.B.毫米mm480

左右L.R.毫米mm710工作台孔尺寸前后F.B.毫米mm200

左右毫米mm340

直径毫米mm250滑块底面前后F.B.毫米mm272

左右L.R.毫米mm320模柄孔尺寸毫米mmΦ50X80立柱间距离毫米mm350垫板厚度毫米mm90机身最大可倾角角度30主电机型号Y132M2-6功率千瓦kW5.5外型尺寸前后毫米mm1810

左右毫米mm1350

高度毫米mm2740

重量千克kg44001吨力=1000千克力=9.8KN4.2冷挤压工序的设计原则冷挤压工序设计

确定一系列必要的工序，使得毛坯逐步接近挤压件形状，以最少的工序、最短流程经济合理地挤压出符合质量要求的挤压件。1、工序数目的确定

取决于挤压件形状的复杂程度和变形程度的大小。还受挤压件尺寸、材料性能等因素的影响。如表4-2所示2、变形工序的选用及其排列次序4.3冷挤压工艺方案冷挤压工艺方案是工艺准备和工艺设计的总纲。基本内容：以挤压件的工艺路线为依据，进一步明确加工方法、模具结构、生产方式以及各工序的相互关系，主要解决挤压加工过程中的重大技术关键和核心问题。制定工艺方案的两个基本原则：1、确保模具寿命；2、确保产品质量；对任何一个挤压件，应拟定多个工艺方案，进行技术经济分析，选择最优的一个。辅助工序的设计原则：1、原则上每道工序之前，毛坯或预成型均应进行软化和润滑处理；2、自由镦粗时，毛坯可以不进行软化；3、局部冷镦成形，变形量极小的精整和校形，毛坯可以不软化，但必须进行润滑；4、为了保持挤压件上某一部分的强化数值不变，在不发生材料开裂及模具过载的情况下，继续加工时也可不再软化。5、当毛坯或预成型的硬度在130HB以上时，中间工序一般要软化处理。6、对于铝合金挤压件，通挤压之后还要进行淬火时效处理，提高强度和硬度，满足装配、使用要求，提高切削性能下料——预成形——退火软化——润滑处理——反挤压——机加工下料—冷镦预成形—退火—磷化皂化—复合挤压—冲连皮—机加工两端面缺点：金属流动不易控制，影响产品质量；模具结构复杂下料—冷镦预成形—退火—磷化皂化—反挤压方孔—退火—磷化皂化—鐓挤12角形孔—冲连皮—机加工两端面缺点：两孔中心线不易重合，废品率高下料—冷镦预成形—退火—磷化皂化—复合挤压12角形孔及下部小外径—退火—磷化皂化—反挤压方孔—机加工两端面复合挤压先正挤压下部小外径，在反挤压12角形孔，金属流动有序，易于控制，保证质量。合理的冷挤压工艺设计应考虑以下问题：1、变形时，应使金属处于压缩应力和切应力状态，避免拉应力和切应力使金属破了；2、截面过渡不宜剧烈避免尖角过渡，使金属流动顺畅；3、挤压件尽可能对称，反挤压和复合挤压时，连皮厚度不小于壁厚；4、多工位挤压时变形量合理分配，考虑前后工序的定位、出模方便；4.4冷挤压工艺计算实例材料：20Cr20钢生产纲领：年产10万件一、汽车活塞销工艺设计内容1、挤压件设计1）零件图2）零件工艺特点分析活塞销是内燃机中连接活塞与连杆并传递动力的重要零件,规格种类多,生产批量大。由于活塞销在汽缸内进行往复运动,所以它承受着复杂的交变应力,因此要求有较高的耐磨性和疲劳强度且韧性要好。由于冷挤压工艺具有尺寸精度高、生产效率高、材料利用率高和表面质量好等优点,采用冷挤压件，再经精加工磨削成制件。工艺路线：冷拔棒料——锯床下料——球化退火——酸洗——磷化皂化——冷挤压成形——退火——粗磨——渗碳+淬火+低温回火——精磨抛光——终检——包装——入库3）挤压件图设计Ø14.6自由公差可以由冷挤压工艺保证，不必留加工余量。外圆Ø20-0.01，表面粗糙度0.1，需磨削加工才达到。双边留0.5mm磨削余量。高度方向留工艺余量2~4mm.方案一：反挤压成形未注公差GB/T1804-922、工艺计算根据等体积原理选22.5mm棒料V件=V毛坯=17908mm3选23mm棒料，双边留1mm加工余量V件=V毛坯=19194.65mm31）H毛坯

=4*19194.65/3.14*232=76778.6/1661.06=46.22mmØ23零件反挤压断面缩减率对于反挤压，凸模细长易于纵向弯曲，Lmax/d≦370/14.6≈4.8﹥3所以此方案不合理2）ƐA=(14.62/232)×100%≈40.29%﹤Ɛ许用(教材P41表3-8）方案二：复合挤压成形连皮在活塞销中间，挤压后冲掉选23mm棒料，双边留1mm加工余量V件=V毛坯=19868.68mm31）H毛坯

=4*19868.68/3.14*232=47.84mm零件反挤压断面缩减率Lmax/d≦335/14.6≈2.3﹤3所以此方案合理2）ƐA=(14.62/232)×100%≈40.29%﹤Ɛ许用(教材P41表3-8）平均单位挤压力经验公式计算法经验系数法p=znσbZ：模具形状系数

n：挤压系数σb=835MPa总挤压力计算公式：P=cpAP:总挤压力KNp:平均单位挤压力（Mpa）A:凸模与毛坯直接接触表面上的投影面积C：安全系数，一般c≧1.3变形程度Ɛ406080正挤压实心与空心件变形系数n345反挤压变形系数n456σb=835MPap=znσb=1×4

×835=3340MPaP=cpA=1.3×3340×3.14×（14.6/2)2=706780N=706KN≈70.6tYQ32-800T大型液压机参数：公称力KN800顶出力KN350液体最大工作力Mpa25滑块有效行程mm300顶出行程mm200最大开口高度mm450工作台有效面积mm1100×1000空程下降速度mm/s20压制速度mm/s8-10回程速度mm/s30电机功率KW5.5连皮的位置Α1=160°Α2=126°上面金属与下面金属流动速度一致。°螺塞毛坯的冷挤压工艺设计如图所示螺塞年产10万件，材料为2A12（硬铝）采用冷挤压毛坯的原因：1、年产量大2、零件外形结构简单，可以采用正挤压工艺。3、硬铝的塑性较高，易于冷挤压成形4、生产效率高。5、冷加压毛坯力学性能好能满足产品的质量要求。一、冷挤压件设计1、零件工艺分析：冷挤压后需要机械加工的部位：M20的螺纹滚丝加工；2*1的退刀槽；平上下端面及两端倒角。2、螺纹毛坯计算根据JB/T9193-199<<搓滚丝制普通螺纹前的毛坯直径>>d0min=d2min+0.3Td2----毛坯最小直径d0max=d2min+0.7Td2———毛坯最大直径d2min———外螺纹最小中经Td2———外螺纹中径公差查GB/T196-2003d2min=18.886mmTd2=0.14mmd0min=d2min+0.3Td2=18.928mmd0max=d2min+0.7Td2=18.984mm所谓“入体原则”是指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注。就是轴的基本尺寸为其最大实体尺寸，即其上偏差为0；孔的基本尺寸为其最小实体尺寸，既其下偏差为0；螺纹毛坯直径Ø18.984-0.056结合冷挤压工艺特点，毛坯图如下。3、冷挤压工艺方案设计1）冷挤压工艺方案A、毛坯直径取Ø25mm，先挤压Ø18.98，最后挤压Ø16，变形程度大，挤压力大，不合理。B、按挤压件中间直径确定毛坯直径，先正挤Ø16，再径向挤压Ø25.易于成形，保证质量，模具结构简化，寿命提高。毛坯直径取Ø18，整形至Ø18.8。Ø182)工艺计算根据体积不变原理，V毛坯=12810.42mm3毛坯高度尺寸：毛坯直径取Ø18，毛坯高度H=51.8mm成形工艺方案设计：剪切下料---整形---一次挤压成形Ø18H=51.8Ø18.8(1)正挤压变形程度ƐA=(18.982-162/18.82)×100%≈29%≦Ɛ许用=92%(P47表3-13）径向挤压变形程度Ɛ=H0-H1/H0=(7-4/7)×100%≈43%≦Ɛ许用=50%H0=252×4/18.8=7mm(2)挤压力计算：按经验公式计算法：P=cpA=cAZnσbA=∏r2=∏(18.8/2)2=277.45mm2Z=0.9模具形状系数n=3变形系数σb=150~215MPa=200K=1.3p正=0.9×3×200=540MPaP正=1.3×540×277.45=194769N=194KNP=cpA=cAZnσbp=Znσb（1+dμ×D/4HN)Z=1模具形状系数

n=1.5径向挤压变形系数d=1.3径向挤压的柱形截面的形状系数μ=0.2摩擦因数。表面精加工，石墨润滑剂D=25mm径向挤压直径HN=4mmp=1×1.5×200×(1+1.3×0.2×25/4×4)=422MPaP=cpA=1.3×422×∏×(25/2)2=269156N≈262KNP径向=262KN选J23-63曲柄压力机(3)选J23-63曲柄压力机1吨力=1000千克力=9.8KN公称力千牛kN630主要技术参数项目名称单位J23-63公称力千牛kN630公称力行程毫米