偏心轴多工位冷锻工艺及模具设计

・锻模技术・　Ｎ　蛤　、　８锻模技术５　

ｅ　偏心轴多工位冷锻工艺及模具设计　

洪慎章　上海交通大学塑性成形技术与装备研究院（上海２０００３０）　

【摘要】介绍了偏心轴冷锻工艺及多工位冷镦机的技术要求，叙述了冷镦力计算及冷镦机　的选择，分析了４工位自动冷镦工艺及其模具结构设计。　关键词：偏心轴；工艺分析；冷镦力计算；４工位模具结构设计　中图分类号：ＴＧ３１６　文献标识码：Ｂ　Ｍｕｌｔｉｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｃｏｌｄ　Ｆｏｒｇｉｎｇ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　Ｄｉｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｅｘｃｅｎｔｒｉｃ　Ｓｈａｆｔ　【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｃｏｌｄ　ｆｏｒｇｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｍｕｈｉｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｃｏｌｄ　ｆｏｒｇｉｎｇ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｅｘｃｅｎｔｒｉｃ　ｓｈａｆｔ．Ｉｔ　ｎａｒｒａｔｅｄ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｅ　ｏｆ　ｃｏｌｄ　ｕｐｓｅｔ　ｆｏｒｃｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｌｄ　ｕｐｓｅｔｉｏｎ　ｍａｃｈｉｎｅ．Ｉｔ　ｅｌａｂｏｒａｔｅｄ　ｔｈｅ　ｆｏｕｒ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｃｏｌｄ　ｕｐｓｅｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｄｉｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｘｃｅｎｔｆｉｃ　ｓｈａｆｔ；ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎａｌｙｓｉｓ；ｃａｌｃｕｌａｔｅ　ｏｆ　ｃｏｌｄ　ｕｐｓｅｔ　ｆｏｒｃｅ；ｄｉｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｆｏｕｒ　ｍｕｈｉｐｏｓｉ　

１　引言　多工位冷锻（冷体积成形）工艺是一种高效率、自　动化零件制造技术，是实现少、无切削加工的新技　石　、蠕　ｆ　呀　蚜　＃　蜗　｝　石＼蠕　ｆ　；　嘧　！石　时，压缩弹簧ｌ４处于松开状态，拉杆ｌ５通过螺纹固定　

于动模座板１２上，定模型芯３通过配合固定于定模座　板２上，定距拉杆１与推板６和动模型腔板８相互配合。　塑料喷头注射模工作过程为：模具闭合时，熔融　的塑料经过流道注入模具型腔；开模时，由于压缩弹　簧１４的作用，分型面Ｉ—Ｉ先打开，动模座板１２带动　动模型芯４从塑件中孔脱出，同时，固定销１０沿斜块　１１的导滑槽移动，驱动斜向型芯５从塑件斜孔中抽　出，导向孔起导向作用，保证斜向抽芯运动平稳，挡销　９控制和调整斜向抽芯距离。动模部分继续后移，拉　杆１５限制分型面Ｉ—１分型距离，当拉杆１５与动模型　腔板８接触，分型面Ⅱ一Ⅱ分型，动模型腔板８脱离塑　件；继续开模，定距拉杆１驱动推板６将塑件从定模型　芯３上推出脱模，取出塑件。合模时，导柱７起导向作　用，动模部分向前移动，通过挡销９和斜块１１实现斜　向型芯５锁紧和位置固定，模具闭合压缩弹簧１４处于　压缩状态，完成一个工作循环。　

术。这种加工工艺不仅能提高生产率，节约金属材　料，而且由于制件金属纤维随模具形成一定形状的流　线，提高了制件的抗拉强度，表面质量，尺寸精度也　

４结论　该模具结构在设计时根据塑件的结构特点，模具　设计采用ｌ模１腔，选择了侧浇口进料，双分型面，并　采用动模斜向分型与抽芯装置，脱模机构采用推板推　出。模具结构设计合理，结构简单、紧凑，制造成本　低，运动平稳、准确、可靠，能够根据需要调节抽芯距　实现自动抽芯，使得斜向抽芯与模具开模同时进行，　缩短了成型周期。模具设计适用于同种类型塑件的　斜向抽芯成型，能很好地满足模具的使用要求。　

参考文献　【１］王孝培．塑料成型工艺及模具简明手册［Ｍ］．北京：机械工　业出版社，２０００．　［２］许发樾．模具设计与制造简明手册【Ｍ］．北京：机械工业出　版社，２００１．　［３］屈华昌．塑料成型工艺与模具设计［Ｍ］．北京：机械工业出　版社，２００８．　作者简介：林桂霞，女，１９８０年生，讲师。　（收稿日期：２０１６—１１－０２）０　

《模具制造）２０１６年第１２期　・５７・　・锻模技术・　高，制件成本降低。　与冲压加工一样，冷锻加工也是由材料，模具和　设备３要素构成。只是冲压加工中的材料主要是板　料，而冷锻加工中的材料主要是用盘料与棒料。　下面介绍一个偏心轴零件：偏心轴多工位冷锻工　艺及模具设计。　２偏心轴工艺分析　偏心轴零件的材料为２０Ｃｒ合金结构钢，其形状及　尺寸如图１所示。过去采用２道工序：镦头和镦挤成　形偏心部位，需要在２副模具来完成。该工艺要投资２　台压力机，２副模具，２个工人操作，不仅投资大，而且　质量差，最重要的是生产率很低，不能满足目前的生　产需求。经工艺分析，采用盘料，经切断，镦挤头部，　整形头部，预镦偏心部位，整形偏心及细杆部成形。　（１）毛坯尺寸的确定，原材料规格及处理。　根据图１ｅ冷镦件的形状及尺寸，经体积计算所需　的几何应选用直径为６１４．８ｒａｍ，长度为８０．４ｍｍ。按多　工位自动冷镦机使用的盘料，重量达１，Ｏ００ｋｇ。　当在自动冷镦机上进行冷成形时，一般先要对盘　料进行磷化皂化处理。切割毛坯后的两端面均未经　处理。上面没有磷化皂化。这将导致变形材料同模具　的粘附，降低模具寿命和制件品质。为此要采用润滑　液，不但可以防止毛坯与模具粘附降低变形抗力，而　且可以冷却模具。　（２）多工位冷镦机的技术要求。　为了顺利实现自动冷镦成形，多工位冷镦机应满　足以下的技术要求：　ａ．半封闭切料刀具切割毛坯，一般采用套筒式切　料刀具，切口角度小于３。，也可以采用开口式切料刀　具，切口角度较大，达６。～７。。　ｂ．短件毛坯在由上一个工位向下一个工位传递的　过程中，应能翻转１８０ｏ，这样可发挥自动冷镦机的优　越性，加工出复杂的零件，还能提高精度。　ｃ．在各个成形工位上都应有冲头退料装置，凹模　均应有套筒式顶料装置。　ｄ．在有效使用期内，主滑块导轨和有关部件结构　应能保证凸模和凹模的定位精度。　ｅ．在控制送料长度的挡板上要安装行程限位开关。　

３冷锻力计算及冷镦机设备的选择　冷锻力即冷锻变形所需要的作用力。它是设计　模具，选择设备的依据，并可借以衡量冷锻变形的难　以程度。　影响单位冷成形力的因素很多，主要有：变形程　度，变形速度，毛坯几何形状，模具的几何形状，摩擦　与润滑，变形方式和冷锻用的材料等。　冷锻力的计算方法主要有①理论公式；②经验公　式；③查表法；④图算法。为了方便计算冷镦力，常按　第２种方法，即经验公式进行计算。　按如下４个工步分别进行计算：　（１）第１工步（预镦挤头部成形），尺寸见图１ｂ所示。　ＰＩ＝ｑＦ＝ＺＫＲ　Ｆ　式中Ｐ　——挤压力，Ｎ　口一单位挤压力，ＭＰａ　卜模具形状系数，查表得０．９　卜挤压方式及变形程度修正系数，查表得４．６　——抗拉强度，ＭＰａ　卜凸模工作部分横断面积，ｍｍ　，计算得　】６４．４ｍｍ　

（ｅ）　（ｄ）　（Ｃ）　（ｂ）　（ａ）　图１偏心轴４道工位的成形图　ａ一＿一剪料以后毛坯ｂ——第１道工序（预镦挤头部）ｃ——第２道工序（整形）　ｄ——第３道工序（预镦偏心部位）ｅ——第４道工序（整形偏心部位和细杆部成形）　

・５８・　《模具制造｝２０１６年第１２期　・锻模技术・　还需计算预挤头部时的断面收缩率　：７４％。　１　抗拉强度　＝－ｇ　－ｘ１３０＝４３ｋｇ／ｍｍ　＝４３０ＭＰａ　

Ｊ　代人Ｐ１＝０．９×４．６×４３０×１６４．４＝２９２，６３２Ｎ＝　２９２．６３ｋＮ。　为了安全起见，并考虑到生产上可能出现的意外　情况（如退火软化质量较差，润滑层脱落等）应按计算　值乘上安全系数１．３。因此：　Ｐ。＝１．３ｘ２９２．６３＝３８０．４２ｋＮ　（２）第２工步（整形），尺寸见图ｌｃ所示。　计算方法与第一工步相同，只是数据不同，可得　＝４５６．５０ｋＮ。　（３）第３工步（预镦偏　１、５＇部位），尺寸见图ｌｄ所示。　在冷镦机上进行冷镦所需的压力由下式得：　Ｄ　Ｐ３＝ｚ　ｍ［　＋本丽］Ｆ　式中Ｐ厂—镦锻力，Ｎ　日－＿一冷镦头部高度，ｍｍ　Ｄ——冷镦头部直径，ｍｍ　Ｆ一头部工具接触的投影面积，ｍｍ　——抗拉强度，ＭＰａ　卜变形系数；查表得１．２　模具形状系数，查表得１．０　一冷镦部分的形状系数，查表得１．３　』ｌ—一摩擦系数，查表得０．２　，），，　代人Ｐ３＝ｌ・２×１・０×４００１１＋１．３×０・２　３７９・９４＝　２００，８６３Ｎ＝２００．８６ｋＮ　为了安全起见，应按计算值乘上安全系数１．３。　因此：　Ｐ３＝１．３×２００．８６ｋＮ＝２６１．１　ｌｋＮ　（４）第４步（精整），尺寸见图１ｅ所示。　计算方法与第３工步相同，只是数据不同，可得：　＝６４１．１０ｋＮ　４个工位镦挤力合计：　Ｐ＝Ｐ。＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４：３８０．４２＋４５６．５０＋２６１．１１＋　６４１．１０＝１，７３９．１３ｋＮ　根据所计算的镦挤总压力，并考虑零件的形状及　尺寸（所需的开挡尺寸）应选用ＺＪ４６—８０—６３０型多工　位自动冷镦机。　４多工位冷镦机模具结构设计　冷锻（包括冷挤，冷镦等）的主要特点是单位压力　较大，可达到材料强度极限的４　６倍，甚至更高，远远　超出一般金属塑性加工时的单位压力。压力过大，会　

严重影响模具的使用寿命。因此，在设计时需要采取　如减小每次变形程度，减小摩擦等措施，以增加模具　寿命。　考虑到种种因素的影响，冷锻模具结构设计的基　本要求有以下几点：　（１）模具工作部分（凸，凹模与顶出器等）应具有　较高的强度与较长的使用寿命。　（２）模具工作部分能够简捷而可靠地固定。　（３）模具的易损部分拆换方便。　（４）毛坯放置与定位容易，在大量生产时有可能　采用自动或半自动送料。　（５）模具具有简捷的卸料与顶出装置，完成加工　的零件可以方便地取出。　（６）模架能牢固地安装在机器上，具有必要的防　护措施，保证操作人员的人身安全。　（７）模具制造尽量简单，降低成本。　与一般常用的冷冲压模具相比，冷锻模具具有以　下几方面的特点：　ａ．模具工作部分材料的选择比较严格，采用较好　的冷作模具钢。　ｂ．工作部分应尽量采用光滑的圆角过渡，防止由　于大小直径剧烈变化导致应力集中而损坏模具，在　设计单位压力较大的黑色金属冷挤压模具时应特别　注意。　ｃ．工作部分与模座之间应有足够的支撑面与足够　厚度的硬垫板以承受压力，扩大承受面积，减小模座　上的单位压力。　根据图１中的４个工步所示，设计偏心轴多工位　四道冷镦挤模具结构，如图２所示。　进一步介绍本模具结构的工作原理，如图３（上图　中第３道工序，即预镦挤偏心部位）所示。　模具工作过程：毛坯随着预镦挤凸模８压人凹模　镶块９和预镦挤凹模１Ｏ组成模膛成形，完成预镦挤偏　心部位。在回程时，工件留在预镦挤凹模１０内，也有　可能粘在凹模镶块９上面。因此，模具结构设计的顶　出机构和推料装置的设计要充分考虑。如果工件粘