钢碗精密温挤压新型模具

1 引言

精密挤压可以取代或部分取代金属切削加工。图1所示解放ca-1ob万向节十字轴套筒锻件，是一种典型的杯形件，材料为65mn。采用温挤压方法生产，既易于成型，又能获得较好的精度和表面粗糙度值。由于镶件底部厚度有严格要求，挤压设备采用曲柄压力机。

用一般的敞开式反挤压模挤压杯形件时，锻件存在孔口高低不平和壁厚不匀的缺陷。假设杯形件外径为d，高为h．壁厚为t，对高径比较小(h／d<1)而壁厚与直径之比较大(a／d>o.1)的钢质杯形件。如图1所示锻件，一般称为钢碗，孔口高低不平对于钢碗的材料消耗影响很大。例如用一般的反挤压模具挤压图1所示的万向节轴承套，其孔口高低不平的差值可达4-6mm。为了减少和消除不合格锻件，被迫增加锻件高度和壁厚，即增大料块，从而增加了材料消耗。

产生孔口高低不平和壁厚不匀的原因主要有：①坯料两端不平；⑨坯料加热不均匀；③锻坯直径与坏料直径相差太大．坯料定位不准确；④凹模与凹模不对中；⑤挤压时因凸模受锻件不均匀变形的横向力作用，且凹模对凸模无导向作用，使凸模产生横向弯曲弹性变形，导致凸模下端偏移；⑥锻件孔口无压力(背压)限制。以上的①—④项因素，可分别通过提高下料精度、提高加热水平、控制锻坯尺寸，提高模具加工和装配精度得到解决，而要消除除⑤、⑥项因素，则需要改进模具结构。用图2所示传统的闭式反挤压模(没有补偿空间)挤压钢碗，难于解决孔门高低不平问题。因为机械压力机有固定的下死点，封闭摸腔内的空间是一定的，刘热料块体积精度要求很高。

2 新型横具结构

2.1 模具结构及其工作过程

为解决上述问题，设计了图3所示的有补偿空间的新刑模具结构。卸料板r上装有与凸1模17间隙配合的背压套15；固定板16上有沿周向均匀分布的大、小圆孔各8个，圆孔内分别装有弹簧7和顶杆6，顶杆6受碟形弹簧7的弹顶力作用；垫块1对压力板3起支撑作用，同时对碟形弹簧有支撑和导向作用。

模几工作前，背斥套19和卸料板8在弹簧7的张力作用下．处于相对于凸槽17的下极限位置，背压套15的下端与凸模17的下端近乎平齐。

模具开始工作时，上模随压力机滑块下行，背压套15与凸模17一起插入凹模14内，进而接触锻坏，此时凸模通过背压套15依靠凹模14导向，限制了在挤压过程中凸模下端偏移，防止了锻件壁厚不匀。随着上模下行，毁坯被凸模挤压变形成筒形，筒底减薄，简壁增高，孔口金属推动背压套和卸料板上移，通过顶杆6传力，碟形弹簧2被压缩，其张力(背压力)反作用于锻件孔口，迫使孔口金属流动趋于平齐。显然，各热料块体积的差异通过碟形弹簧2的不同压缩量获得补偿，换言之，封闭模腔的补偿空间是巾磷形弹簧的压缩提供的。锻件变形结束时，碟形弹簧压缩量达到其最大工作变形量，背压力达到其最大上作压力。

1.垫块 2.碟形弹簧 3.压力板 4.垫环 5.卸料螺钉 6.顶杆
7.卸料弹簧 8.卸料扳 9.预应力圈 10.凹模底板 11.压力板
12.顶件杆 13.沉座 14.凹模 15.背压套 16.固定板 17.凸模

挤压完成后上模上行，在凸模上行hb(hb为碟形弹簧2的最大工作变形量过程中，依靠碟形弹簧2和卸料弹簧7的张力(背压力)压住锻件不动，即此阶段每瞬时的卸料力为碟形邢簧2和卸料弹簧7的瞬时张力之和。

此阶段以后每一瞬时的卸料力仅为卸料弹簧7的瞬时张力，直至墩件完全脱离凸棋。该模具挤压完成后，卸料板的推力使锻件停留在凹模内，然后下顶料机构通过顶件杆12将工件顶出凹模。

2.2 弹簧设计
背压力是被动力，是锻件变形过程中因简壁增高，筒口金属上移，被压缩的碟形弹簧产生的张力，其作用是阻止锻件孔口的不均匀变形，迫使孔口金属流动趋于均匀。因此，保证锻件孔口平齐的单位背压力比凸摸对锻件底邵的单位压力(主动力)小很多。在变形的量后阶段，前者仅为后者的1／8-1/0。

根据汁算和实验，设计碟形弹簧如图4所不，采用三片叠合，然后对合的复合碟簧结构。

卸料弹簧7采用矩形截面圆柱螺旋弹簧。弹簧丝截面为9×7.5mm，弹簧外径为∮52mm。

3 工艺过程

钢碗精密温挤压工艺过程如下：①下料，将∮26mm的65mn棒料剪切成长度为40mm的坯料；②加热，在中频感应加热炉中将坏料加热至750-850℃①制坯，在63kn冲床上自由镦粗制坯，预制坯直杆为∮40mm；④挤压，在1250kn冲床上用新型反挤模将钢碗挤压成型；⑤退火热处理，挤压件退火后硬度为207-240hb；⑥表面清理，将热处理后的挤压件酸洗清理，除去氧化铁皮；⑦检验入库，对挤压件的尺寸精度，表面质量和硬度进行逐项检验，完全合格后入库。

4 结束语

该新型模具在凸模上套有受弹性元件张力作用的背压套，既保证了锻件在封闭型腔中变形，迫使孔口金属流动趋于平齐，又使模腔在一定范围内对不同的锻件体积儿有不同的补偿空间，避免固锻件体积差异导致的孔口不平或凹模被胀裂。同时背压套对凸模还有导向作用，限制了凸模下端的偏移，避免锻件壁厚不匀。生产实践证明，该模具挤压成型的钢碗，碗口平齐，壁厚均匀，与传统的敞开式反挤模相比，钢碗材料消耗降低8％。