彎形套瓣模擠壓成形工藝及模具設計

胡占樓 劉汀

摘 要：彎形套是異形結構零件，材料為6061鋁合金，采用常規加工方法成本很高，而采用擠壓成形工藝可以大幅度減少機加工量，提高生產效率，既節約成本，又能達到提高產品質量和外觀要求的目的。本設計采用溫擠壓瓣模成形，可獲得沿軸向分布的全纖維金屬流線和致密的金屬組織，保證其力學性能。運用SolidWorks軟件造型和模具設計，通過Deform軟件進行模擬分析，優化工藝方案，制定更合理的工藝流程。

關鍵詞：彎形套;精密成形;溫擠壓;模擬分析;模具設計

中圖分類號：TG376 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）12-0083-02

彎形套材料為6061鋁合金，如圖1所示，制件雖小但結構較復雜，機械加工難度較大，成本比較高。采用精密成形工藝可以把外輪廓做到尺寸，不再需要后續加工，只留內孔、局部臺階、凹槽由機加工完成，可以大幅度降低成本，而且組織狀態致密，性能良好。

1 工藝分析

1.1 制定擠壓件圖

此零件如果采用傳統機械加工方法，材料利用率較低，費時費工，成本較高。采用溫擠壓成形方法，可得到精細化毛坯，且材料利用率高，再輔以機加工則可完成零件的最終制造。根據產品零件圖、擠壓工藝和機加工余量，制定的擠壓件如圖2所示。

1.2 工藝方案的制定

根據此零件的結構特點和出模方式，擠壓工藝方案必須采取閉塞成形或者瓣模成形，也可以利用帶壓邊的雙動壓機，其中最簡單的選擇是采用瓣模結構的方式擠壓成形制件。

考慮6061材料的性能，采用溫擠壓方案。

零件的加工工藝路線為：備料（Φ18×45mm）→加熱毛坯至450℃→溫擠壓瓣模成形→檢驗→熱處理→機加工。

1.3 模具的潤滑

溫擠壓兼備了冷擠壓和熱擠壓工藝的優點，模具潤滑非常關鍵。良好的潤滑劑可以有效地提高金屬材料的塑性成形能力和模具的使用壽命，可以采用水基石墨潤滑，使用噴槍將潤滑劑均勻地噴涂在凸模的表面和凹模的型腔中。

1.4 坯料加熱、模具的預熱和冷卻

坯料一般采用普通箱式電阻爐加熱，操作簡便，適用于批量生產。溫擠壓用的模具在擠壓之前一般要進行預熱，以利于坯料順利充填模腔，而且能降低擠壓力，可以采用噴燈、電加熱板、烤槍等方式。

1.5 DEFORM軟件模擬及優化

1.5.1 Deform軟件模擬分析結果（如圖3所示）

由圖3（b）損傷效果圖可知，除了下部流向側腔的金屬部分損傷相對較大，上部金屬損傷則比較小。由圖3（c）應變效果分析圖可知，坯料應變處于大致正常狀態，不會出現裂紋、畸變與組織損傷。坯料成形時，下部自由流出的前端應力較小，上部金屬受到的應力也不大，表明坯料充滿模腔阻力不大，容易順利成形。

1.5.2 凸模（沖頭）受力分析（如圖4所示）

6061鋁合金在450度加熱情況下，塑性很好，成形阻力不大，凸模單位受力在700MPa/mm2左右，完全在模具材料的承力范圍之內，凸模工況良好。

2 彎形套擠壓模具設計

成形設備選用通用三梁四柱油壓機，彎形套擠壓瓣模結構及動作順序，如圖5所示。

瓣模7的結構設計和制造是成形的關鍵。借助三維軟件完成模具型腔的設計，全部直角部分均勻圓滑過渡，利于金屬流動。瓣模先整體加工，線切割一分為二，電火花進行型腔加工、鉗工修拋。瓣模外形設計單邊1.5度外錐，和預應力外圈6通過軸向8-10mm壓合量過盈配合。

瓣模的使用步驟是：

（1）瓣模腔潤滑、先放入預應力外圈6，合模強力壓合，兩瓣模合二為一。（2）放入加熱坯料，合模完成擠壓成形。（3）凸模上行，設備頂出液壓缸提供動力，由頂桿22推動頂件器21，強行頂出兩瓣凹模，瓣模出預應力外圈6上端面后，人工或者機械輔助打開瓣模、取出成形擠壓件。（4）然后對兩瓣模腔進行潤滑，繼續下一循環操作。

3 結語

（1）本設計運用Deform軟件進行模擬分析，設計合理過渡圓角，優化模具結構和工藝方案。（2）采用兩瓣模結構完成制件的擠壓成形。瓣模的設計、制造、使用是工藝實施的關鍵。瓣模的順利壓入、頂出、打開取件是影響生產效率的關鍵。（3）瓣模溫擠壓工藝是該制件較經濟合理的加工生產方式，成本低、效率高、性能較好。

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