装载机轮边支承热挤压工艺实践

一、引言

热挤压成形具有材料利用率高(70%以上)，操作简单，生产效率高，产品尺寸一致，表面质量明显高于模锻件等优点。因此，越来越多的挤压件用来代替模锻件甚至切削加工。但由于挤压成形是在封闭的模腔内处于三向压应力状态下成形，故变形抗力大幅度提高，这就对模具承压部分提出了更高的强度和刚度要求，以保证挤压件的精度。在挤压深孔型零件时，要求工艺合理，模具定位精度高，以减少壁厚差带来的废品和提高冲头的使用寿命。

图1所示的零件，是50型装载机上的一个重要保安件。该零件毛坯原采用自由锻成形，内腔无法锻出，外表面质量差，切削余量大，毛坯重约90kg，材料利用率不足50%。如果采用热挤压工艺来成形此件，则可挤出内腔，减少机加工余量，提高材料利用率和工件的使用寿命。本文针对装载机轮边支承零件进行了工艺分析，设计了一套可供生产使用的热挤压成形模具。

图1零件图

二、热挤压工艺分析及挤压图确定

1.成形工艺分析

由图1可知，该零件的大端法兰直径为210mm，而小端直径仅为142mm，两端直径悬殊较大，法兰不易成形。内孔要求挤压成形，不再机械加工，但62mm内孔的长径比为7，大大地超出了设计规范中凸模长度h应是凸模直径d的3～4倍的要求。且内腔口部有r30与r10相切后与62mm形成一个台阶，这种台阶在热挤压中会使金属的流动速度不一致，而在r处产生折叠致使工件报废。因此如何将该工件的深孔挤压成形，壁厚差δs≤3mm，在r过渡部位避免出现金属折叠层，成为该工件挤压工艺与模具设计的关键所在。

2.挤压工艺方案确定

根据多年从事热挤压工艺实践的经验，任何一种热挤压均应先压型(整形)，经压型后的坯料，消除了下料时产生的端面倾斜及端面上的凸凹不平现象，且坯料下部被压出锥形，使坯料能稳定地与冲模对准中心，避免了下道工序冲孔时因冲头受偏心载荷的作用而产生的壁偏差。针对这一零件，由于内孔较深，且为台阶孔，为避免出现金属折叠层，其内形应由凸模一次成形，但一次成形凸模长度不能太长，太长会使凸模折断，且壁厚差也无法保证。为此我们采取了先成形法兰及部分内形，再反挤出内孔，最后将连皮冲掉的方案。这样内腔完全成形，不再机加工，节省材料22.65kg，材料利用率达76%，降低了产品成本。

3.挤压零件图确定

热挤压零件图的确定是以产品零件图为基础而确定的，在保证产品质量的前提下，应当给出最小的加工余量。但由于该件几何尺寸较大，且是装载机上的一个重要保安件，有些尺寸需磨削，属要求较高的零件。为此，我们依据热挤压件加工余量和公差及生产实践，在满足机加余量的前提下，对毛坯进行了精化设计，精化后的毛坯重量约65.7kg。

三、挤压模具的设计及工作原理

1.模具结构

根据上述分析，成形该零件的关键工序是镦挤工序和反挤工序，故在此只对这两道关键工序的模具结构进行简单介绍。

镦挤成形模(图2)关键是既要镦出法兰，又要挤出内孔。我们设计了一种活动冲头，装在成形法兰的压头内，采用活动冲头，有效地解决了冲头与工件抱死后的脱料问题，避免了因抱冲头而造成的一连串模具报废的现象。成形法兰的压头内所开的排气孔，巧妙地解决了润滑模具产生的气体排放问题。由于冲孔较浅，避免了壁偏差的产生，而且压出的内腔形状为下道工序冲孔起到了定心的作用。将镦挤成形后的坯料放入定位套内(凹模内)，用反挤冲头将孔深挤至图纸要求尺寸(见图3)。将孔深挤到位的工件放入到冲连皮模座内，用冲连皮冲头将连皮冲掉。至此，一次加热完成了整个工作过程，得到了一个内腔完全成形，不需再进行机械加工的零件。

图2镦挤成形模
1.机座 2.工件 3.顶杆 4.凹模 5.活动冲头 6.排气孔 7.压头

图3反挤压模
1.反挤冲头 2.工件 3.定位套 4.顶杆

2.工作原理

将压过型的坯料放入镦挤成形模具内，凹模内的顶杆与压头、活动冲头构成一个封闭的模腔，使工件在三向压应力的作用下成形。镦挤成形结束后，随着设备上行，上下模分开，顶料杆将工件顶出。

将镦挤成形的工件放入反挤压模具内，利用凹模定位，将工件放正，反挤冲头沿镦挤成形时已形成的内腔向下运动，因下部凹模内金属无充填空间，故金属只有沿与冲头运动方向相反的方向流动，这样深孔被挤出，外形几何尺寸也得到了保证。

四、结论

装载机轮边支承热挤压工艺与模具，通过试验及小批量生产，证明工艺是合理的，模具设计是正确的，产品的几何尺寸及内、外表面质量均达到了设计要求。材料利用率也由原来的不足56%提高到76%，机械加工工时减少了50%左右，大大地降低了生产成本，满足了用户的需求，提高了企业的经济效益。而且该零件反挤压工艺的试验成功，为今后大型空心热挤压锻件的生产奠定了基础。