洪久精密鍛造

精沖模具設計中冷擠壓技術的應用

本文主要分析了凸輪制件的精沖工藝，并設計出排樣，選擇了壓力機與精沖力計算方式，明確精沖模具與凸凹模間隙工作刃口的圓角；然后設計精沖復合的模具結構，同時對精沖的模具工作部件與材料的熱處理規范性進行合理選擇，從而設計出齒圈壓板的結構。

模具是汽車的重要零件，產品多種多樣，結構具有復雜性，規格要求準確度高。有些模具品種需求量較大，按照模具優點可以應用于擠壓工藝生產。比較模具擠壓技術和傳統機械切削加工技術可知，應用模具擠壓成形技術不僅可以提高生產效率，而且能夠取得較好的力學性能制件，同時材料使用次數高，成本費用低，縮短了加工時間。

1傳統模具設計方式的不足

為了提高產品的質量，因此要研究傳統沖壓工藝以及模具設計的不足，并從中找出解決的方法，促進沖壓工藝以及模具設計的完善。同時為了保證產品運行的有效性，需要從傳統沖壓工藝以及模具設計的不足，例如凸包斜面問題、工件內腔定位問題以及沖孔問題等問題為出發點，才能提高產品質量。

沖孔問題

沖孔在對腰形孔模具進行設置時，使用特殊工藝進行設定。為了保證零件安裝的質量，進行沖孔之后,對卸載工序不夠重視,加之，操作比較困難,容易使零件出現異常，零件底面平行度底面無法保持平行,會直接影響操作的正常運行。

凸包斜面

凸包斜面凸包是影響汽車質量的重要因素。凸包的位置在與腰形孔進行連接處,但是凸包的斜面沒有和16×1.8毫米或者17×1.9毫米之間腰形孔進行接觸。散熱管的摩擦力過大,也會引起熱管的形狀出現異常,如果沒有對會凸包斜面問題進行有效解決，則會嚴重影響汽車的質量。

工件內腔

工件內腔定位一方面，在對零件的原翻邊成形模具進行設置時,使用工件內腔周邊定位。由于工件內腔周邊直線段比較短、內腔長度不足、零件長度數值較大等問題,無法準確安裝零件，在對翻邊進行設置后,不能準確確定高度尺寸數值。另一個方面，在對模具進行設置時沒有對卸載工序進行細化,零件翻邊成形后,零件容易被固定在定位塊上,需操作人員利用器具從定位塊上撬起。這種操作方式,過程比較復雜,容易使零件出現異常,底面無法保持平行,會直接影響汽車的正常使用。鍛造

2制件分析

圖一是變速箱中一個擋功能件局部示意圖，此局部結構普遍應用于選換擋、離合器與座椅調節的機構中，成形方式為頂沖孔加翻邊成形，成形高度可以決定模具的結構。在設計模具的過程中，通常為合理布置預沖孔塌角面，需要選擇與翻邊相反方向沖孔。以上因素加大了模具結構設計難度，增加了模具維護、設計、使用與制造成本，降低了制件質量穩定性。

3工藝性的分析

為降低工件設計成本，本次研究制件使用原材料的牌號是寶鋼35號鋼，其屈服強度控制在360兆帕以內，而抗拉強度控制在520兆帕以內，延展率超過了20%。按照頂沖孔加翻邊工藝進來估算，得出預沖孔徑直徑的最大值不可以大于Ф64.8毫米。根據翻邊高度的計算公式高等于Dx(1-k)+0.43xr+0.72xt，得出極限翻邊的系數Kmm等于0．2，高度的最大值是8.8毫米，這個高度超過了圖紙的要求。可以確定模具設計方案的第1步是預沖孔，第2步是翻邊，第3步是整形，第4步是復合性落料[2]。但是在模具方案驗證過程中，以下兩個因素會致使這個無法正常進行。一是原材料的延展率逐漸將低，一旦達到4.5毫米翻邊高度時易出現裂紋；二是公司自身的設備限制了施工進程，加之，制件的外形相對較大，四工位的反頂缸需要搭橋，而且模具偏載較為嚴重，無法徹底地消除外形撕裂的情況。因此。為消除以上因素產生的影響，更改了模具設計方案。具體如下：第l步為是冷擠壓，第2步是整形，第3步是復合性落料。目前這個方案已經獲得量產驗證，在第1步時擠壓高度能夠達到達5.8-6毫米，制件表面光亮帶達到設計要求，且模具壽命在每一次刃磨之后可達到1.5萬次。鍛造

4模具分析

模具機構

模具結構精沖模具擠壓技術和油壓機上擠壓技術的區別在于應用了拉桿頂出系統，為了使模具安裝便利，也應用了模柄。模柄內的頂桿主要以120°角形狀出現，以加強模板的受力體積。由于擠壓零件外表沒有進行加工，就能夠達到零件的標準，只能應用φ14毫米型腔，如果使用12.5mm×φ14mm負公差的棒料，并安裝于凹模中顯得狹隘，而且頂桿位于高位，若安裝位置較淺，在沖床下行時極易出線歪斜。鍛造

模具動作和特征

模具動作的主要內容：毛坯放進凹模后，模具擠壓開始運作，推動上模部分向下運轉和模。凸模導向套首先接觸毛坯然后自行向凹模內擠壓，這個過程的壓力主要由壓縮彈簧所產生，利用托板和頂桿的功能像凸模導向套提供壓力。其次，在導向套指引下凸模通過和凹模的相互觸碰并擠壓毛坯形成小孔。在最后完成反擠壓過程中凸模導向套與凸模相互擠壓毛坯形成φ6毫米小圓臺，最終擠壓件外形規格得以統一。鍛造

5精沖模具設計的優勢

拉桿系統鍛造

精沖模具擠壓件利用拉桿系統的功能自行頂出，頂出距離根據其范圍為17-19毫米。如果頂出的空隙較大，可能會發生擠壓件接觸凸模和凹模導向套的事件，也可能會發生頂桿過高的現象，那么下個擠壓毛坯就有可能不能進入凹模型腔。如果頂出的空隙較小，則會導致擠壓件只能進入凹模型腔的一半，取不出來。

凸模導套

凸模導向套可以確保凸模脫模，擠壓件就不能進入到凸模內。碟形彈簧的壓力和擠壓件脹模力的相互擠壓，凸模導向套就能確保進入凹模內，有拉桿系統取出；凹模更換的速度更快。

碟形彈簧

應用碟形彈簧限制凸模導向套的運轉，簡單方便，安全可靠。碟形彈簧的主要特點是力量大、壓縮簡便以及距離大等，精沖模具擠壓成形技術在規格較短的沖床上可以確保凸模的運轉方向，模具完成任務時擠壓件取出，同時又可以支撐和供應充足的壓力輔助擠壓運作過程。鍛造

凸模導向套

凸模導向套發揮其導向功能，確保了擠壓件孔以及外援同軸度為0.1的標準。由于精沖模具擠壓零件7mm內孔過小，頭部以圓錐形的形式出現，極易發生流動偏離。純反擠壓將不確保精沖模具擠壓零件同軸度標準。把導向套加載凸模上，就能夠確保這一標準。鍛造

6應用冷擠壓技術在模具設計中的應用

模芯設計

模芯設計中對于閉式冷擠壓技術的應用在尺寸比較大的情況下，應用傳統冷擠壓的方法難以成形的精密度。如果僅是應用閉式方式，會因為高流動的阻力導致模芯從而產生缺陷。為了獲得高質量與高精度模芯，需要使用多工序的方法，也就是模芯通過幾次成形來提高制件質量。此外，在多個模具運動或是動作中組成擠壓成型時，這種方式是同一個工位作業，可以提高工作的效率，保證成形的質量。圖二是芯軸圓柱交換成形的過程。在模具工作的過程中，首先將毛坯放入模芯中，滑塊滑行時，模具上下模具會閉合，然后模芯逐漸成形，成形后滑塊的運動停止，同時在液壓的作用下下芯軸把上芯軸從模具形腔中頂出，從而完成芯軸的交換，當壓力機滑塊產生第二次下行時，真正成形。鍛造

應用零件

精沖模具設計中對于冷擠壓技術的應用精沖模具工作零件一般包括凹凸模、凸模與凹模，其是確保精沖件的質量關鍵，尺寸與形狀精度會直接影響導精沖零件的斷面質量與精沖模刃口實際間隙，而且精沖模具強度會直接影響導精沖模具使用的壽命，因此，需要合理設計凹凸模、凸模與凹模結構，科學選擇熱處理的規范與材料。而應用冷擠壓技術，恰好可以在保證精沖模質量的同時，延長精沖模使用壽命，冷擠壓技術設計的精沖模具結構比較簡單，同時選高強度、耐磨性較好與淬透性好的凹凸模、凸模與凹模，全部應用真空方式淬火，其中，凸模的熱處理硬度在60-62HRC之間，凹模與凸凹模熱處理硬度在62-64HRC之間。鍛造

復合落料沖孔模結構

模具結構設計中對于冷擠壓技術的應用按照零件尺寸與結構要求，使用復合落料沖孔模結構，依據模具中凹模位置差異，可將復合模分成倒裝的復合膜與正裝的復合模，其中需要重點考慮的兩個因素是生產效率與磨具強度。從凸輪零件的結構中可知，強度比較大的是凸凹模，因此，在確保凸凹模強度以及制件使用的要求前提下，為提高生產的效率、操作安全與操作方便，凹凸模要使用倒裝復合的膜結構。具體從圖三中可以看出。鍛造

總而言之，改善零件冷擠壓工藝與模具結構可以提高產品質量來，為了保證產品的質量，需要充分研究傳統冷擠壓工藝以及模具設計的不足。例如：凸包斜面問題、工件內腔定位問題以及沖孔問題等問題，不斷地完善沖壓工藝以及模具設計方法，同時為了保障零件安裝的準確度，需要對操作過程進行優化，確保汽車可以安全行駛。鍛造