矩形喇叭冷擠工藝改進

摘要：文章通過對矩形喇叭的冷擠工藝改進，最終加工出符合圖紙要求的零件。針對冷擠工藝中存在的問題，進行了潤滑試驗、金屬流動試驗及毛坯形狀試驗，確定了加工時使用的潤滑劑和毛坯形狀，在金屬流動分析的基礎上，對成形模具進行了改進，達到了改進工藝的目的。采用改進后的工藝方法，加工出了符合設計圖紙要求的零件。

關鍵詞：冷擠工藝；工藝試驗；金屬流動；改進

中圖分類號：TH162+.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006—8937（2012）23—0107—02

矩形喇叭是我公司某產品中的關鍵零件，零件下部為一長方體，上部為四棱梯形喇叭狀，如圖1所示。該零件材料為鋁合金3A21，形狀復雜，冷擠工藝性差，加之直壁上有兩個深1 mm、寬7 mm的槽，更給冷擠工藝造成了困難。存在的主要問題為：兩斜面材料有疊加現象；表面粗糙度Ra達不到0.8；潤滑劑不夠理想；易出現粘模現象等，致使零件合格率低，難以保證產品性能要求。針對上述問題，經過反復的工藝試驗，對成形工藝進行了改進，最終成形的零件達到了設計圖紙的要求。

1 冷擠工藝試驗

針對該零件成形過程中存在的問題，我們從三個方面進行了工藝試驗。

1.1 潤滑試驗

我們共配制了八種潤滑劑，分別進行了工藝試驗，試驗結論如下：

通過對八種配方的試驗對比，確定了較為理想的配方，它不僅使成形零件形狀穩定，而且消除了粘模現象，除兩斜面有疊層外，其它部位表面粗糙度均達到了要求，為阻止斜面材料材料過快地流動，毛坯斜面不涂抹潤滑劑，成形效果較為理想。

1.2 金屬流動試驗

為找出斜面疊層現象產生的原因，對原毛坯上表面、一側面及斜面畫出坐標網格，并分階段調整對模深度，由淺入深，通過觀察各個階段零件金屬流動情況，我們發現由于毛坯上有一拐角處，材料的流動不暢，斜面疊層由喇叭狀的拐角處材料流動成形，此外，喇叭斜面材料流動快，兩直壁流動慢，又在兩直壁形成了疊層，根據試驗情況，我們認為毛坯形狀需作改進。

1.3 毛坯形狀試驗

①為清除斜面上的疊層，在原毛坯基礎上增加了下直面的高度，如圖2所示，目的是使疊層流到斜面上部的直面上，但由此大大增加了材料的變形量和變形力。

②選用長方體毛坯，如圖3所示，冷擠后型腔質量好，疊層消失，但毛坯在凹模內呈懸臂狀，上半部呈自由狀態，凸模下壓力不均，容易折斷凸模。

③通過對以上兩種毛坯冷擠零件的對比及對材料流動情況的分析，決定將毛坯形狀改為梯形，見圖4，并重新設計凹模，冷擠后效果較為理想，材料流動均勻，斜面的表面粗糙度Ra達到了0.4，兩直壁疊層消失，完全達到了設計圖紙所要求的精度。三種毛坯的寬度均為26.5。

2 金屬流動分析

在冷擠工藝中，掌握金屬流動的規律，是解決冷擠中出現問題以及冷擠成功的關鍵，根據金屬的流動試驗，分析毛坯擠壓零件斜面形成疊層的原因，該零件的擠壓過程可分為以下幾個階段：

第一階段，凸模進入材料深度為11.2 mm之前（11.2mm為冷擠凸模下方長方體的高度），當凸模壓緊金屬材料時，靠近下端的極小部分金屬材料，緊貼在凸模頂端上，呈倒四棱臺形，稱為粘滯區。這部分材料在整個冷擠中不流動，在該區的下面，材料受壓向上流動，為強烈變形區，凸模下行，材料上流，在兩側直面上凸凹模間隙始終相等，為2 mm，材料按一般反擠流動規律，沿凸凹模間隙向上運動，而在斜面上，隨著凸模下行，其凸凹模間隙是由大變小，材料只在軸向受壓，在徑向受約束力很小，按照最小阻力定律，材料自由外溢，因兩側直面凸凹模間隙小于斜面上的凸凹模間隙，造成金屬流動在側直面和斜面上速度不同，使側直面材料對斜面材料產生一個附加拉應力，斜面中間材料比其兩邊流動略快，使斜面材料在流動過程中出現彎曲（圓弧狀），斜面內腔凹陷，即出現近似橢圓形凹坑，毛坯拐角線整體上移4。

第二階段，當凸模進入材料深度超過深度11.2 mm時，在直面部分，隨著凸模下行，凸模上高1 mm寬7 mm的凸耳接觸材料，使得該部位材料流速受到嚴重阻礙而變慢，凸耳兩側的材料繼續以原流速向上運動，流速的不協調可造成中間凹陷，轉角處撕裂現象，而此時側直面間隙仍小于斜面間隙，第一階段現象仍然存在，所不同的是橢圓形凹坑漸漸變淺、變扁，同時隨上流金屬延斜面上移。

第三階段，隨著凸模繼續下行，斜面上凸凹模間隙繼續變小，開始了真正的冷擠變形，斜面凹坑和毛坯拐角處的金屬流到了斜面的中心部位，結束了整個冷擠過程，故在斜面內、外處形成了疊層。

針對以上冷擠缺陷，我們從兩方面著手解決：在兩側面上增加凸凹模間隙t=3 mm，改用形狀二的毛坯。

這樣使得側直面與斜面流速均勻，消除了附加拉應力，改變了原有金屬流速的不協調，使原有金屬復雜的流動呈反擠壓正常流動，從而消除零件斜面的疊層。

3 模具的改進

根據金屬流動試驗及金屬流動分析的結果，在原模具結構的基礎上，對模具進行了改進，重點對凹模形狀和尺寸進行了改動，增加了成形通孔，改進后的結構完全滿足了零件加工精度的要求，也加工出了符合設計圖紙要求的零件。

4 結 論

①本文對零件成形過程中的斜面材料疊加現象的理論分析為零件成形奠定了一定的基礎。

②本文針對某產品四棱臺狀零件鈑金加工中存在的問題，進行了潤滑、金屬流動及毛坯形狀三項工藝試驗及模具改進，通過試驗摸索出了可行的工藝方法及過程，加工出了符合設計圖紙要求的零件。

③該工藝方法對類似零件的冷擠加工中潤滑劑的使用、毛坯形狀的選擇等具有一定的參考價值。

參考文獻：

[1] 吳詩惇，何聲健.沖壓工藝學[J].西安：西北工業大學出版社，1987.