冷鐓滾子凸模的冷擠壓工藝

夏書香，李宏萍，吳江莉，穆敬巍

(洛陽LYC軸承有限公司 工模具公司，河南 洛陽 471039 )

1 冷擠壓工藝

冷擠壓是在室溫下把金屬毛坯放在冷擠壓模腔中，通過壓力機固定的凸模向金屬毛坯施加壓力，使坯料產(chǎn)生塑性變形而制得零件的加工方法。冷擠壓為一種無切削加工方法，其工藝特點主要有：

(1) 擠壓件尺寸準確、表面光潔，一般尺寸精度可達到5～8級，表面粗糙度Ra可達到0.4～0.8 μm；

(2) 節(jié)約原材料，擠壓件的材料利用率可以達到80%以上；

(3) 生產(chǎn)效率很高，特別是大批量生產(chǎn)時，相比切削加工提高了幾倍甚至幾百倍；

(4) 可加工形狀復雜的零件；

(5) 擠壓件強度高、剛性好。

2 冷鐓滾子用凸模

冷鐓滾子凸模的型腔輪廓較為復雜(圖1)，常規(guī)加工工藝為車削加工后再拋光。特別對一些小規(guī)格的凸模，由于型腔尺寸很小，只能用成形刀加工，成形刀加工出的成形面表面粗糙度差，特別是靠近中心的部位，由于切削速度幾乎為零，此處的金屬實際上是被撕裂下來的，這樣將會引起凸模在使用中發(fā)生應力集中，導致凸模掉塊失效。

圖1 凸模成形輪廓

3 冷擠壓工藝分析

現(xiàn)用冷鐓滾子凸模材料大多為GCr15，但使用中發(fā)現(xiàn)掉穴現(xiàn)象較為嚴重，經(jīng)分析，認為是由材質(zhì)和車削刀紋所造成的。還有部分大規(guī)格凸模采用Cr12MoV加工，但成本較高，且鍛造難度較大，易開裂，成形淬火時易腐蝕出麻點(真空爐除外)。另外，現(xiàn)用的冷鐓機精度不高，鐓餅現(xiàn)象時有發(fā)生。綜上，將采用冷擠壓工藝加工GCr15材料凸模，以防止掉穴現(xiàn)象的發(fā)生，提高凸模壽命。

由于冷擠壓為三向壓應力狀態(tài)，經(jīng)過擠壓后金屬材料的組織結(jié)構(gòu)更加致密，微小的氣孔、縮松和微裂被壓合。采用冷擠壓工藝后，凸模成形部的表面粗糙度Ra達到0.8 μm。滾子凸模擠壓工藝與車削工藝的使用效果對比見表1。

表1 滾子凸模車削與冷擠壓加工工藝對比

冷擠壓加工凸模不會切斷成形部的鍛造流線，使凸模的強度得到進一步的提高。車削凸模與擠壓凸模的流線比較如圖2所示。用冷擠壓加工凸模所需要工裝如圖3所示。

圖2 凸模流線圖

1—下模板；2—下墊板；3—工件(凸模)；4—擠壓套筒；5—擠壓模；6—上墊板；7—緊固螺栓；8—測量機構(gòu)；9—上模板

此外，為了改善材料的擠壓性能、提高擠壓模具的使用壽命，擠壓前要對毛坯進行軟化處理。GCr15坯料在擠壓前先進行球化退回，將硬度控制在174～192 HB。

4 結(jié)束語

用冷擠壓工藝加工的滾子凸模，尺寸精度和壽命都得到了很大的提高。在了解冷擠壓加工原理及加工方法和失效凸模失效分析的基礎(chǔ)上，又對30204，30205和32216等產(chǎn)品采用冷擠壓的方法代替常規(guī)的車削成形，與原加工工藝相比，凸模壽命平均提高3～4倍，凸模型腔的一致性也得到了保證，使用效果很好。隨著高性能模具材料和壓力機的不斷出現(xiàn)，冷擠壓工藝在機加工中的運用范圍將會更廣泛。