汽车轮胎螺栓冷挤压模设计

《模具制造》2010年第9期昆山仕泰隆国际机械模具城全球招商热线：0512-86188888（20线）网址：：汽车轮胎螺栓冷挤压模设计刘永安徽东风机电科技股份有限公司（安徽合肥230022）【摘要】通过对汽车轮胎螺栓毛坯冷挤压工艺进行了分析,介绍了零件的工艺力计算和剪切模与冷挤压模具结构，并给出了凹模的设计方法，保证了该零件挤压成形的顺利进行。关键词：汽车轮胎螺栓；挤压工艺；模具设计中图分类号：TG375.41文献标识码：B文章编号：1671-3508-2010-06-23-240DesignofColdExtrudingDiefortheAutoTyreBolts【Abstract】Throughanalysisofcoldextrusiontechnologyoftheautotyreboltsblank,introducedpartprocessforcecalculationandstructureofshearingdieandcoldextrudingdie,andpresentsdesignmethodofdieconcave,ensurethesmoothextrusionparts.Keywords:autotyrebolts;extrudingprocess;diedesign挤压模技术􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀦋􀤋􀦋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀦋􀤋􀦋1零件分析汽车轮胎螺栓是汽车行走装置的一个重要零件，其毛坯如图1所示。图1汽车轮胎螺栓毛坯汽车轮胎螺栓的材料为45，该零件批量生产较大，年产50万件。为了节约材料，提高零件生产效率，降低零件生产成本，便于大批量生产，决定采用冷挤压精密成型工艺生产该零件毛坯。2冷挤压成形工艺方案的分析根据资料[1]，该零件属于多台阶轴类件，对于轴类件，有以下两种成形方案:2.1方案一毛坯直径取零件最大直径ϕ27mm，先用复合挤压挤出直径为ϕ18.9mm和ϕ20mm两个台阶，最后挤出直径为ϕ16.5mm的最小台阶。该工艺变形程度较大，变形程度分配不合理。2.2方案二选取毛坯直径为ϕ20mm，先复合挤出直径为ϕ16.5mm和ϕ18.9mm两个台阶，再冷镦成形零件最大台阶的直径ϕ27mm。即变形程度较大的成形部位采用正挤压，变形程度较小的成形部位采用反挤压和冷镦成形。该工艺方案不但可以合理地分配变形程度，也可以使模具结构简化，模具寿命提高，挤压件质量容易保证。至于能否采用将正挤压、反挤压、冷镦成形一次复合成形，还需要进行工艺计算确定。根据以上分析，决定采用方案二。3冷挤压变形程度根据资料，毛坯直径取在工件的最大直径和最小直径之间。一般取在工件的中间台阶的直径并参照国家标准。该零件毛坯直径取ϕ20mm。根据体积相等的原则，计算出毛坯长度为81mm。3.1变形程度的计算根据资料[1]，断面缩减率：书书书!!!#!×100%4.5±0.3531±0.529±0.586±14ϕ18.90-0.06ϕ200-0.05ϕ27±130°10°30°C2ϕ16.90-0.05··57《模具制造》2010年第9期淮安仕泰隆国际工业博览城全球招商热线：0517-86299999（20线）网址：：式中ψ——正挤压的断面缩减率（%）F0——正挤压变形前毛坯的横截面积（mm2）F1——正挤压变形后工件的横截面积（mm2）左端台阶挤压变形程度：书书书!!!#!×100%=书书书!!!!#!!×100%=书书书!!!#$%!!!×100%=10.7%右端台阶挤压变形程度：书书书!!!#!×100%=书书书!!!!!!!×100%=书书书!!!#$%!!!×100%=31.9%由资料[2]可知，对45钢，挤压许用变形程度[ψ]=40%～45%，挤压变形程度小于许用变形程度。3.2冷镦变形程度（1）冷镦变形前坯料的原始高度H0的计算。已知冷镦部分金属材料高度H0=书书书!!!#!!$!!!%=8.2mm。（2）冷镦高度变形程度的计算。冷镦高度变形程度用高度缩减率来表示。根据资料[3]，高度缩减率：εh=书书书!!!!!×100%式中εh——冷镦高度缩减率（%）H0——冷镦变形前坯料的原始高度（mm）H1—冷镦变形后的高度（mm）εh=书书书!!!!!×100%=书书书!!#!$!!×100%=45.1%查资料[1]，对45钢冷镦的许用变形程度εhmax=40%～45%。εh＜εhmax，故采用冷镦变形不会产生镦裂现象。根据以上计算，该零件的变形程度均在材料的许用变形程度之内，为提高生产效率，降低生产成本，决定将挤压和冷镦组合在一起。于是制定零件冲压工艺流程：剪切下料—整形—镦挤成形，如图2所示。4挤压力的计算挤压力的计算方法较多，目前理论公式计算法由于计算方法复杂，准确性又差，因此用得不广。而图算法由于试验条件及材料种类的局限性，也影响了它的应用范围。经验公式法，计算较为方便且具有相当准确性。因此，本例挤压力的计算采用经验公式法。根据资料[4]，取挤压成形时的单位挤压力Pf=1,150MPa，冷镦成形时的单位挤压力Pu=1,000MPa。左、右端台阶挤压力：F1=书书书!!×202×1,150=361.3kN。中间台阶冷镦力：F2=书书书!!×272×1,000=572.6kN。总挤压力：F=2F1+F2=2×361.3+572.6=1,295.3kN。由于油压机在全行程内提供公称压力，而且行程较长，比较适合挤压长度较长的零件。故选用油压机Y32-200。5毛坯的制备处理毛坯在挤压变形前，必须进行3种处理：5.1毛坯的软化退火处理为了改善材料的冷挤压性能，提高毛坯材料塑性，降低硬度和变形力，消除内应力和降低冷挤压时的单位挤压力，提高模具的使用寿命。在冷挤压前，必须对毛坯进行软化退火处理，其退火规范见图3。经软化退火处理后的毛坯硬度≤130HB。4.5±0.3531±0.529±0.586±14ϕ18.90-0.06ϕ200-0.05ϕ27±130°10°30°C2ϕ16.50-0.05ϕ20.050-0.0581（a）（b）图2成形工序图a——剪切下料b——冷镦··58《模具制造》2010年第9期昆山仕泰隆国际机械模具城全球招商热线：0512-86188888（20线）网址：：图3退火规范5.2毛坯的表面处理在挤压过程中，为了降低坯料与模具之间的摩擦，减小模具磨损，降低冷挤压时的变形力，改善和提高挤压件的表面质量，必须对毛坯进行表面处理。对于黑色金属材料，其表面处理为磷化处理。所谓磷化处理，就是将经过除油和酸洗、表面洁净的毛坯放入磷酸锰铁盐或磷酸二氢锌水溶液中，使金属铁与磷酸相互作用生成不溶于水的牢固的磷酸盐膜层的过程。其过程：除油→冷水洗→热水洗→酸洗→冷水洗→热水洗→磷化→冷水洗→热水洗。5.3毛坯的润滑处理磷化膜本身的摩擦系数并不低，只有进行皂化处理，才能达到降低坯料与模具之间的摩擦和降低冷挤压时的变形力的目的。所以，毛坯磷化处理后必须进行皂化处理。6模具结构设计6.1剪切模由于毛坯L/d=81/20=4.05，比较适合剪切下料。剪切是生产毛坯方法中最迅速、最经济的一种。剪切时几乎没有材料消耗，生产批量越大，剪切下料的优越性越能发挥出来。剪切有冷切和热切之分。汽车轮胎螺栓所用材料由于直径较小，所以，采用冷切。剪切模如图4所示。6.2挤压模挤压模具结构如图5所示。（1）组合凹模设计。组合凹模是与毛坯接触，直接参与变形过程，执行成形加工的最重要关键零件。挤压时，组合凹模在静态高压、强烈冲击和巨大摩擦作用下，组合凹模应力是一个复杂的抗涨、抗压和剪切的联合应力，其工作条件极其恶劣。只有正确合理设计凹模，才能满足汽车轮胎螺栓毛坯的顺利成形。图4剪切模1.下模板2.定位螺栓3.螺母4.支撑座5.上模座6.活动切刀7.固定座8.固定切刀图5挤压模1.下顶杆2.下模座3.垫套4.压板5.下顶杆6.下模外套7.下垫块8.下组合凹模9.上组合凹模10.上模垫块11.推件器12.上模套13.上模座14.打料杆由于挤压成形时的单位挤压力Pf=1,150MPa，1,078MPa＜Pf＜1,372MPa。故选用两层组合凹模。两层组合凹模的设计：各层直径的确定：根据资料[5]，取α31=书书书!!!=4.5。α21=0.2α31+1=0.2×4.5+1=1.9。d2=α21d1=1.9×20=38mm。确定二层组合凹模径向过盈U2与轴向压合量C2:查资料[5]得β2=0.00875，δ2=0.17。U2=β2d2=0.00875×38=0.3325mm。C2=δ2d2=0.17×38=6.46mm。8h16h4h炉冷时间，h920~960920~960温度，℃500123456781413121110987654321··59《模具制造》2010年第9期淮安仕泰隆国际工业博览城全球招商热线：0517-86299999（20线）网址：：模具线切割加工变形因素分析与对策陈建军，魏润芬中国北车永济新时速电机电器有限责任公司（山西永济044502）【摘要】从模具材料、热处理、机械加工、模具结构、线切割工艺5个方面，分析了线切割加工变形的原因，并给出了应用实例。关键字：线切割加工；变形开裂；应用实例中图分类号：TG661文献标识码：B文章编号：1671-3508-2010-07-18-269AnalysisofMoldWEDMMachiningDeformationandCountermeasures【Abstract】Fromfiveaspectsofthemoldmaterial,heattreatment,mechanicalprocessing,themoldstructureandWEDMprocess,analyzedthereasonsofwire-cuttingprocessingdeformation,andtheapplicationexampleswasgiven.Keywords:WEDMprocessing;deformationandcrack;applicationexamples1引言在我公司模具加工中，线切割加工技术得到了充分的应用，但在线切割加工过程中，模具零件经常产生变形或裂纹，致使工件报废，造成经济上的损失和时间上的浪费。因此，线切割加工中模具的变形和开裂问题，引起了领导的特别关注。变形和开裂的因素是多方面的，如材料问题、热处理问题、结构设计问题、工艺安排问题及工件的装夹和线切割工艺选择的问题等等。在这诸多因素中，在实际加工中能否找到线切割加工变形和开裂的规律？从而防止变形和开裂呢？下面对其进行详细的分析。2产生变形及裂纹的因素分析2.1材料方面（1）原材料存在严重的碳化物偏析。（2）淬透性差、易变形的材料，如T10A、T8A等。2.2热加工工艺方面（1）模具毛坯在锻造时始锻温度过高或过低，终锻温度偏低的零件。（2）终锻温度过高，晶粒长大，终锻后冷却速度过慢，有网状碳化物析出的毛坯。（3）锻坯退火没有按照球化退火工艺进行，球化珠光体超过5级的零件。（4）淬火加热温度过高，奥氏体晶粒粗大，降低材料强韧性，增加脆性。（5）淬火工件未及时回火和回火不充分的零件。2.3零件的结构方面（1）窄长形状的凹模、凸模易产生变形，其变形量模具制造技术􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀦋􀤋􀦋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀤋􀦋􀤋􀦋压合角γ=1°30′，锥面贴合率要求大于75%。（2）模具材料的选择。为了保证上、下凹模具有较高的使用寿命，上、下凹模材料选用YG2