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冷挤压材料体积的分配问题
添加时间:2017-8-28

冷挤压材料体积的分配问


冷挤压成形实质上是使毛坯体积重新分配并进行适当转移的过程。冷挤压工艺设计的实质,在于使坯料体积从一个有利的位置转移到另一位置,满足成形的需要。在挤压成形中,毛坯具有不同的变形趋向,因而这种转移过程也是极其复杂的。

冷挤压形状比较复杂的零件时,往往需要多道挤压工序,无论在预成形工序,或者在中间挤压工序中,均须对金属毛坯体积进行适当的分配。这样就可以减少其在最终挤压模腔中的激烈流动,为最后挤压成形时合理分配金属创造条件。就是说,在多道工序挤压成形中,金属体积应在具有不同形状的工序之间预先分配好,保证每一部分都有足量的金属来充满,即不存在金属不足的问题,也没有多余的金属。

在金属体积的分配过程中,主要有以下两种转移方式。一种是体积分配按步骤进行的,就象零件的形状逐步成形一样,这时,应将体积变形与不变形的部分区分开来,并使坯料的某个部分只产生要求的变形,而其余部分不应产生任何形式的变形。另外一种则是一次全部分配完成,这种一次性体积分配的设计原则,应满足变形趋向性要求,并应保证同时达到要求的尺寸与形状。与其相适应的工艺条件,应该是金属同时充满模腔的各个角落。后一种体积转移方式,是较为复杂的,设计也比较严格,复杂零件复合挤压时的变形情况即属此类。无论是哪一种转移过程的设计,都应该符合金属流动的规律。

以下用实例重点对第一种体积分配中的设计原则作具体阐述。

其有锥体的阶梯形零件。若用实心圆柱形坯料在锥形挤压模内一次成形,则由于锥形使成形部位变形区域长度加大,摩擦面积增加,润滑条件变坏,因而金属沿锥形模腔流动困难,并且作用于模具上的横向力增加。故应设计一种半成品,在这个半成品上将锥形部分所需的金属体积预先准备好,并使体积在成品挤压时,除使锥形部分完成需要的变形之外,其余形状基本上保持不变。

零件粗大端部是个锥体。基于同一道理,不考虑这一特定部分所需材料的体积和它的转移方式,企图一次挤压成功,这是不可能的。因此,设计出半成品形状,预先将材料体积分配好,并且以此条件和冷挤压工艺性要求,具体决定半成品的形状与尺寸。

以上两例说明,在设计这类零件的冷挤工艺时,首先应设计一个中间形状,不考虑锥形部分的具体形状,只是考虑其体积,使所设计部分体积等于相对应的锥形部位体积。成品挤压时,只作形状改变,不再进行体积分配。

零件的局部有凸缘时,利用金属体积的局部聚集,是进行体积分配的有效方法。无论采用何种工艺方案,设计时均需使体积相等,而且变形只涉及凸缘部位,筒体则几乎不参与变形。这类零件的成形最好用冷镦或镦挤相结合的办法,使轴向金属转移到径向,就是使坯料(或半成品)的高度减小而直径增大,它的设计要领是,使直径增加而不产生纵向弯曲;在成形凸缘的时候,防止其他部位产生任何形式的变形。

如果利用一个简形坯料以单纯冷镦的办法成形凸缘,则必须严格的控制镦粗的高度与坯料直径的比值,并由此决定冷镦的次数。一般设计原则是,镦粗高度与其壁的比值在2.5以内时,可以一次冷镦成形,比值为2.5-4.5时需要两次镦成,大于4.5时需要三次镦成。尽管严格的遵守上述法则,单纯靠冷镦的办法并不能获得满意的形状,因为有径向流动,孔径势必胀大,严重时将出现折痕和凹陷,要保持内孔精度是困难的。因此,利用单纯冷镦的方法进行金属体积的转移,是不合理的。在凸缘所需金属体积较多的情况下,这一缺陷和矛盾将更加突出。为了避免上述缺陷,需要采用镦挤结合的办法来成形。这时在与成品凸缘相对应的半成品部位上,也要预先考虑适当的金属储备,使储备的金属体积等于凸缘体积)。成形时,筒体部分或多或少要挤入模具中一部分,所以半成品的筒体高度应小于成品高度。这种将冷镦与挤压结合在一起的成形方法,不但可适当限制金属的径向流动,也可缩短金属流经的距离,避免内孔胀径与凹陷的产生。

如果凸缘位于筒体的中部位置,设计时除考虑上述体积分配原则外,还必须考虑如何使凸缘、凸缘之上圆筒部分及向下挤入凹模部分等三种变形过程同时进行,金属同时到达模壁,同时充满模腔。可见,这种体积的转移与分配过程,是极其复杂的,与变形趋向性研究及中间形状的设计有直接关系。

具有厚法兰的零件的毛坯直径应等于法兰的直径。成形时利用成形工艺余块的方法,局部压出凹形,这往往比采用正挤压成形要方便得多。变形不会波及法兰的外缘,只有很少部分金属被挤到凹形的周围。零件在锥形的大端就有一个较厚的法兰。这个件用一般的冷挤压工艺成形,是不能成功的。由图看到,挤压锥形时所需要的金属体积,只能由成形部位的毛坯体积获得,其余部分(虚线以外)的金属体积,则不能补充或流动到锥壁上去。因此,在设计这类零件时,应首先计算体积,并且据此来决定坯料厚度。即毛坯中间部分的金属体积不能满足锥壁都分的成形需要时,则应将毛坯厚度加大。挤压成形时,如果直接利用片状毛坯的话,则由于锥面的摩擦作用。金属的流动受到很大阻力,金属向下转移困难,因而造成锥形材料的严重不足,会出现填充不满的现象。为此,应在坯料上预成形出一个蝶形形状,将锥体成形所需的金属体积转移下去,以便为最终成形时的体积分配提供良好的变形条件。设计这种中间工序的蝶形形状,就是为成品挤压所需的材料体积事先作好准备,为合理转创造条件。

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