一种冷挤压中轴档的模具设计方法

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1 冷挤压成形工艺方案的分析中轴档是某产品的-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 ：- ×100%式中： 冷挤压的断面缩减率( )；- - 冷挤压变形前毛坯的横截面积(mm )，- (33.5。-1 )-786 mm。；F --冷挤压变形后工件的横截面积(mm。)，F1-7t"(22. 5。-16.5 )183.69 mm2。

计算冷挤压变形断面缩减率，得：- ×100% 型 ×100% - 77. 1 786 、 。 /u由文献I-2]可知，对 B2钢，冷挤压许用变形程度[ -65 ～70 ，挤压变形程度小于许用变形程度。所以，可以-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：Vo3 792 mm ；毛坯直径略小于冷挤压件的外径，故选用毛坯直径为(2)33.5 mm，内孔直径取 OlO mm，如图 2所示，毛坯的厚度(高度)用下式计算为：H。- -而 4.723 14 33 5 10 mm. × ( . - ) 收稿日期 ：2013～01-30作者简介：郑传现(1974-)，男，安徽六安人，讲师，硕士，研究方向：机械设计。

第 2期 郑传现：-种冷挤压中轴档的模具设计方法 57故选用毛坯厚度为 5 mm的钢板。

I. .I-033.5- ]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 110120 HB。

、.，赠时间(h)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-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-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。

1.下模板 2.导柱 3.下垫板 4.凹模套 5.弹簧6.垫圈 7.凹模 8.卸料板 9.导向套 1O凸模 11.压板12.凸模型芯 13.挡圈 14.凸模型芯固定板 15.上垫板l6.上模板 17.钢丝挡圈图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尼构，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。

内模选用 Cr12MoV材料，热处理达到 61～63HRC；外套选用 45钢材制造，热处理达到 45～5OHRC。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孑L。

4.3 凸模设计在挤压过程中，凸模要承受-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 GCrl5材料制造，热处理达到58～60 HRC。GCr15虽然是-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H m98Z 54 3 2 58 皖西学院学报 第 29卷图 5 冷挤压凹模图6 冷挤压凸模的经济效率和社会效益。