典型螺母冷镦工艺设计

典型螺母冷镦工艺设计第一页，共三十二页，编辑于2023年，星期日一、汽车后轮内螺母多工位加工工艺

介绍

第二页，共三十二页，编辑于2023年，星期日第三页，共三十二页，编辑于2023年，星期日第四页，共三十二页，编辑于2023年，星期日1、工艺分析此零件为典型的挤压杯形件，其分三部分组成：球面凸缘、空心圆柱及四方尾部。第五页，共三十二页，编辑于2023年，星期日2、变形工步的设计此零件采用五工位成形，其工艺流程为：切料－整形－镦平－镦头－精镦头及倒角－正反复合挤压。（见下图）正反复合挤压镦头及倒角镦头镦平整形切料第六页，共三十二页，编辑于2023年，星期日3、变形特点分析3.1、正反复合挤压变形程度3.1.1、正挤压断面收缩率εF=（1－）×100％＝26％3.1.2、反挤压断面收缩率εF=×100％＝×100％＝42％

第七页，共三十二页，编辑于2023年，星期日3.2、球面凸缘镦粗3.2.1、镦粗变形特点第八页，共三十二页，编辑于2023年，星期日镦粗变形一般分为三个区域（见上图）区域Ⅰ称为难变形区，这是和上下压头接触的区域。由于表层受到很大的摩擦阻力，这个区域的单元体都处于三向压应力状态，愈接近中心，三向压缩程度愈强烈，所以这区域的变形很小。区域Ⅱ为大变形区，它是处于上、下两个难变形锥体之间的部分（外围层除外）。这部分受到的接触摩擦力的影响已较小，因而水平方向上受到的压应力较小单元体主要在轴向力作用下产生很大的压缩变形，径向有较大的扩展，由于难变形锥体的挤压作用，还有向上、下弯曲的现象，这些变形的综合，外形出现了鼓形。区域Ⅲ是外侧的筒形部分，称小变形区。它的外侧是自由表面，端面摩擦影响又小，因而应力状态可看成近似单向压缩，其变形不大。第九页，共三十二页，编辑于2023年，星期日3.2.2、镦粗变形的端面变化球面凸缘镦粗工艺方案如下图所示第十页，共三十二页，编辑于2023年，星期日球面凸缘镦粗工艺方案如下图所示第十一页，共三十二页，编辑于2023年，星期日针对以上分析，在二序的成形中上端面需预制出一定的球面，使其在三序成形时，金属在向径向扩展时始终保持一弧面，最终与三序上模球面相吻合。在二序毛坯设计中应注意上端面直径的大小，过大，会造成端面尺寸增长过快，使金属还未来得及充满球面顶部就被镦粗压缩，致使球面充不满；过小，会造成在二序成形中，由于球面变形程度较大，致使外圆镦粗，球面端面悬空，无法得到再一次镦平，端面留有切断裂纹，此裂纹会在下序变形中滑移到球面上。第十二页，共三十二页，编辑于2023年，星期日3.3、中间工位毛坯设计中间工位毛坯是挤压前半成品，主要进行材料体积和变形量的分配，为成品挤压形状及尺寸等方面的准备工作。第十三页，共三十二页，编辑于2023年，星期日3.3.1、中间毛坯设计应注意以下问题

1）最大限度满足挤压件的质量要求；2）应保证充满难以挤压到位的局部形状；3）避免毛坯呈悬空状态，增设中间变形；4）中间毛坯锥形的锥度应大于挤压件相应处的锥角，这样便于锥角毛坯放入凹模，确保挤压过程不致出现多余金属。第十四页，共三十二页，编辑于2023年，星期日3.3.2、各毛坯间的尺寸配合a、径向尺寸的配合关系 确定径向尺寸配合关系的原则是：要使毛坯能够自由放入下道的模腔内。在确定各道毛坯尺寸时，应从成品开始反过来进行推算。b、轴向尺寸的配合关系 考虑到成形时，将有部分金属进入模腔内，使轴向尺寸增加一高度ΔH。c、其它尺寸的配合关系 为防止金属滞流，中间毛坯的过渡部位应设计为锥形。第十五页，共三十二页，编辑于2023年，星期日3.4、原材料要求原材料选用冷拉圆钢，由于采用多工位成形，无法进行中间处理，为便于成形，因此需要严格规定原材料的技术要求。其要求为：a.材料表面应光滑，洁净，不允许有任何的裂纹、气泡、折叠、皱皮、夹杂和发纹存在；b.磷化膜均匀、致密，结合牢固，厚度在8～14μm，表面不得有拉毛、锈蚀等缺陷；c.硬度不大于HB160，珠光体级别不小于5级；第十六页，共三十二页，编辑于2023年，星期日3.5、材料体积计算运用制图软件Autocad进行精确的1:1绘制第五工位毛坯立体图，通过工具栏查询可知体积，当然也可分为几个简单的立体形状进行组合计算，得到体积，但运用制图软件可以更快捷、准确，同时可对各部分体积进行调整、编辑，合理设计毛坯尺寸。第十七页，共三十二页，编辑于2023年，星期日4、成形力计算4.1、剪切力的计算根据以上设计的毛坯预留间隙，选用ML20Cr，φ28.1材料。剪切力P＝280KNML20Cr，硬度160HB，由图6-31（注：《冲压设计手册》）查得材料抗拉强度σb＝550N/mm24.2、整形（一序）、镦平（二序）力的计算：整形力P＝830KN镦平力P＝1055KN第十八页，共三十二页，编辑于2023年，星期日

镦粗时的系数C值H1＞d1 C≈2.4H1≤0.8d1C≈3～5注：《冲压设计资料》图6-32第十九页，共三十二页，编辑于2023年，星期日镦粗时的系数C值注：《冷锻手册》图2.47第二十页，共三十二页，编辑于2023年，星期日4.3、三、四序成形力的计算三序成形力P＝F·C·σ均＝0.785×35.362×1.8×595/1000＝1075KN四序成形力P＝F·C·σ均＝0.785×35.82×1.8×595/1000＝1082KN4.4、正反复合挤压力计算：挤压力P＝p·F凸模＝2380×0.785×18.68

2/1000＝660KN总镦锻力P＝4980KN，

第二十一页，共三十二页，编辑于2023年，星期日5、主要模具设计5.1、切料工位模具设计为保证切料质量及提高模具使用寿命，切料方式采用套筒切料，割料模及切刀模均采用硬质合金YG20C材料制造，为避免料弯而进料不畅，将割料模入口处制出一定的斜度第二十二页，共三十二页，编辑于2023年，星期日5.2、一、二、三、四工位模具设计一、二、三、四工位单位成形力分别为1320Mpa、1650Mpa、1071Mpa、1071Mpa，必须采用多层次组合凹模结构，为方便模具设计的标准化，统一采用三层组合凹模，三层组合凹模的最佳设计方案是凹模与第一预应力环及第二预应力环同时屈服，而且要根据给定的凹模内外径尺寸来决定能使容许内压达到最大的预应力环直径及过盈量。第二十三页，共三十二页，编辑于2023年，星期日第二十四页，共三十二页，编辑于2023年，星期日6、润滑为了降低成形时的单位成形力，提高零件表面质量，延长模具使用寿命，必须对成形毛坯进行合理的润滑处理。对原材料表面采用磷酸盐处理，经过这样处理的表面形成一层多孔状的薄膜，具有良好塑性，可容纳一定量的润滑剂，同时采用高压润滑油，在进行穿孔挤压时，由于四序毛坯的凹穴存在，形成润滑剂的储存窝，提供充分的润滑。第二十五页，共三十二页，编辑于2023年，星期日1、螺母热镦机的优点及缺点1.1、螺母热镦机的优点⑴、原材料采用热轧棒料，省去改拔、退火、磷化等材料改制工序；⑵、因采用热镦加工，材料的变形量范围大，对于不同规格的产品可以选用同种规格的材料，大大降低原材料的使用规格；采用热镦加工变形抗力较小，中间连皮可制得较冷成形薄，冲孔废料节省20％左右；较自动车加工原材料利用率提高1.6倍；⑶、热镦机连续加工，减少冷挤中间退火、磷化等多次往返工序，相对于冷挤分序及自动车加工生产效率提高5～8倍；⑷、可加工冷成形不能加工的形状复杂的产品；⑸、同类产品热镦加工比冷镦加工所需吨位要少1/3。1.2、螺母热镦机的缺点⑴、与冷镦工艺相比，对模具的机械性能要求较高，且寿命低；⑵、由于材料通过中频加热，对电能的消耗较大，加工环境较差；⑶、设备投资成本较大，外围辅助设施复杂。第二十六页，共三十二页，编辑于2023年，星期日热镦机分为主机及感应加热两大部分组成，棒料由棒料冷端上料台架的冷料存储架自动进入送料机构，通过棒料传送装置经中频感应加热炉加热到设定温度进入热镦机成型，产品经过切料、镦扁、成形、冲孔等工序完成，设备采用双滑块装置，将镦扁与成形、冲孔工序模面分开成90°角，镦扁后毛坯经由具有一定落差的环行滑道进入储料区，然后采用夹钳传送到成形、冲孔工序，这样的设计结构，可以最大限度的去处加热所产生的氧化皮，并防止其进入成形模中，避免影响产品质量及降低模具寿命。第二十七页，共三十二页，编辑于2023年，星期日3.1、成形毛坯热锻件图的设计热锻件图以冷锻件图为依据，但又有区别，考虑到金属冷缩现象，热锻件图上的尺寸应比冷锻件图的相应尺寸有所增大。理论上加放收缩率后的尺寸按下式计算：N＝n（1+Z%）式中 N——热锻件尺寸；n——冷锻件尺寸；Z——终锻温度下锻金属收缩率，钢一般为1.2～1.6加放收缩率时还应主要下列几点：①、无坐标中心的圆角半径不放收缩率；②、薄而宽、细而长的尺寸部位，因在热镦时冷却快，收缩率应适当减小。第二十八页，共三十二页，编辑于2023年，星期日3.2、体积计算根据热锻件图可知，V总＝V1+V2-V3第二十九页，共三十二页，编辑于2023年，星期日3.4、中间毛坯尺寸的设计中间毛坯尺寸的计算，依据塑性变形材料体积不变原则，。在设计毛坯尺寸时需要特别注意以下几点：C应比B大5～12，经镦扁后以消除切料造成的外径变形，否则会影响产品质量；必须C/Dd≤1，防止镦扁坯料经滑道时翻转，造成卡料。如以上条件不满足时，须调整材料直径规格。第三十页，共三十二页，编辑于2023年，星期日4、热锻温度的选择钢在加热的过程终须防止过热及过烧现象的发生，通过长期的生产实践和大量的试验研究，现有钢种的锻造范围均已确定，可从有关手册查得。。第三十一页，共三十二页，编辑于2023年，星期日5、模具设计相对于冷镦而言，热镦模