偏心轴的冷温复合挤压工艺及模具设计

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1、偏心轴的冷温复合挤压工艺及模具设计本文所述零件——偏心轴，是电动工具电锤的重要传动零件。在工作时通过偏心机构使电锤的钻头除了高速旋转外，还要沿轴向产生冲击运动，因此零件要承受很大的冲击载荷，而且电锤的工作环境恶劣、多粉尘，零件易磨损。图1为偏心轴零件图。通过对该零件原工艺存在问题的分析，经过反复试验，提出新工艺，取得了良好的效果。1热模锻工艺分析偏心轴零件的材料为40Cr，零件成形后采用热处理调质处理。零件由偏心头部、不规则盘部和杆部三部分组成，为外形非对称结构、非等截面的零件。原成形工艺为开式热模锻成形，在模锻成形前，先要将等截面的圆坯料制坯成带有头部

2、的杆形毛坯。然后模锻成形。成形后的锻件沿轴向外形有一圈飞边，锻后要切除飞边。飞边切除后不对称盘部会有残留飞边，还必须采用仿形加工或数控机床加工出桃形的盘部，并采用专用的夹具精车削偏心的头部杆状，生产成本较高。再者，由于热锻件的尺寸精度差，表面粗糙度值高，材料消耗大，不利于精化锻件。显然，热模锻工艺无论在生产效率、材料利用率和锻件尺寸精度等方面都难以满足零件的高精度、大批量生产。图1偏心轴零件图2挤压工艺方案分析挤压成形工艺是一种少无切削的成形技术，特别对于回转体、等截面的金属零件的成形，在提高生产效率、降低原材料消耗和提高工件的尺寸精度。减少后道工序的机

3、械加工量方面具有较大的优越性。本零件呈回转体、部分等截面的外形特征，适宜于挤压成形。从零件成形的技术经济性方面考虑，冷挤压成形方案要优于温挤压。这是因为：冷挤压技术不需要坯料的软化加热；成形件的挤压力和成形件的尺寸精度不受成形温度的影响；成形件的尺寸精度高、表面粗糙度值低。但是也存在挤压力大，许用变形程度低等不足。而温挤压技术在弥补冷挤压技术不足方面也有较大的优势。2.1温挤压直接成形工艺考虑到不经预成形的直接挤压成形工艺。由等截面毛坯直接成形最终工件的变形程度非常大，挤压力会很大，模具的单位负荷也会急剧上升等方面因素。在工艺试验和分析时首先采用了温挤压

4、直接成形工艺，其工艺路线如图2所示。图2直接挤压成形温挤压直接成形工艺的主要工艺过程：原毛坯冷剪切下料、冷镦粗、表面处理（抛丸处理：去除毛坯表面的油污及氧化皮）、毛坯表面润滑处理、毛坯加热（始锻温度750℃）、温挤压成形。经过多次试验，该工艺方案存在如下问题：①成形过程中，坯料的金属除了沿凸模的运动方向流动外。还有部分金属沿凸模运动方向相反的方向流动，属于复合挤压。造成偏心头部的金属量难以控制，上部金属流入过多。而下模型腔则充不’满。②由于金属的变形程度大，挤压力急剧上升。模具负荷过大，严重影响模具寿命。③直接温挤压时，由等截面的圆毛坯直接成形，锻件得轴

5、向金属分配不均匀，造成杆部金属流入不足，而桃形盘不仅金属量较多，而且形成很大的飞边。显然，由等截面毛坯直接成形本零件不仅变形程度大，而且由于非常大的接触应力的作用，成形时造成工件杆部下端充不满的缺陷。温挤压时金属的流动性要明显优于冷挤压，若采用冷挤压技术直接成形本零件，除了会超出金属的许用变形程度外，零件杆部充不满的缺陷仍然不能解决。2.2冷温复合挤压工艺对等截面毛坯进行制坯，使坯料的主要截面与零件相应处的截面的金属量接近，则可以极大地改善金属在终成形模膛的流动状况，同时对于改善坯料与模具型腔表面的摩擦条件，提高终锻模具的寿命也起到积极作用。图3为冷温复

6、合挤压工艺。在冷温复合挤压工艺中，原毛坯经镦粗、软化退化和坯料表面润滑处理后，进行冷挤压制坯、成形。冷挤压制坯工序采用正挤压成形，工艺简单、成形性能好、生产效率高，冷挤压预成形工件见图4。图3为冷温复合挤压工艺图4预成形工件由于终成形采用温挤压技术，经冷挤压成形后的预成形工件不再进行软化退火处理，通过坯料感应加热来软化坯料。3关键工序设计及参数计算3.1预成形工序变形程度许用变形程度越大，工序就越少，生产率也就越高，但单位挤压力也随之增大，模具的负荷也相应增加。因此。在挤压成形过程中应该严格控制其变形程度。预成形正挤压工序的变形程度：断面收缩率：40Cr

7、在许用单位挤压力2000MPa。毛坯高径比h0/d0=1.0，凹模入模角α=120°时，许用变形程度εA许用=67%～72%。许用变形程度的凹模锥角修正系数Qα≈0.99；正挤压许用变形程度的毛坯件对高度修正系数QH≈1.0；经修正后的实际许用变形程度εA许用=66.3%～71.3%：预成形正挤压时金属的实际变形程度εA<εA许用。因此，预成形件可以一次正挤压成形。3.2表面处理及润滑挤压时，变形金属与模具型腔壁产生很大的接触应力，不进行润滑，挤压是难以顺利进行的。磷皂化润滑处理是钢冷挤压润滑的有效方法，能显著减小挤压时坯料与模壁的接触应力，故预成形正挤

8、压采用磷皂化润滑处理。但是磷皂化处理不能适应温挤压成形，因为一旦坯料的加热温度高