铜合金压气缸的热挤压工艺及模具设计书.doc

铜合金压气缸的热挤压工艺及模具设计书 第一章 热挤压技术的介绍 §1.1 热挤压工艺的实质 热挤压就是将金属材料加热到热锻成型温度进行挤压，即挤压前将坯料加热到金属的再结晶温度以上的某个温度下进行的挤压。热挤压是挤压的一种，是最常见的体积成型方式之一。和冷挤压一样，根据金属的流动方向和凸模的运动方向可以将热挤压分为正挤压，反挤压，复合挤压和径向挤压。 正挤压就是挤压时金属流动方向和凸模运动方向相一致。正挤压又分为实心件正挤压和空心件正挤压两种。正挤压可以制造各种形状的实心件和空心件。反挤压时金属的流动方向与凸模的运动方向相反。反挤压是将圆形毛坯挤压成筒形零件。复合挤压是指是挤压时，金属的流动方向朝朝凸模的运动向和相反方向同时运动。复合挤压可产生两端直径不同的筒形零件，也可生产双杯类零件，如汽车的活塞销，也可制造杯形零件等。 §1.2 热挤压工艺的特点 热挤压与冷挤压相比，具有如下优点： 热挤压时金属的塑性好，降低了变形抗力，使总的挤压力大大下降。加热后金属材料塑性较好，使得原来冷挤压时变形困难的材料，在热挤压时变得比较容易。单位变形抗力的降低，使热挤压能够成型断面形状复杂或尺寸较大的零件。挤压力的降低也可以减小设备的吨位，降低模具的单位负荷。同时，每道变形工步的需用变形程度也比冷挤压时大得多，也可以通过增加每道工步的变形量来减少变形工步数。 热挤压时可以连续成形，有利于提高生产效率。通常情况下，一次加热后热挤压的数道成形工步可以连续完成，不需要冷挤压使得中间退火软化工序和表面清理工序，有利于组织生产和提高生产效率。由于连续生产，可以使各道工步的模具初始精度匹配较好，工件的尺寸稳定性较高。 与冷挤压工艺相比存在以下不足 由于热挤压在较高温度下成形，对模具材料的耐热性提出了较高的要求。在热挤压时，模具的温度会影响其强度和表面硬度，必须对热挤压模具进行充分冷却。在设计时应考虑模具的冷却系统。同时必须选合适的模具材料，提高材料的热硬性和热耐疲劳性能。 热挤压件的表面质量不佳，尺寸精度较低。由于坯料在加热时出现的氧化脱碳，使得积压件表面粗糙度值增加，尺寸精度也较冷挤压件低得多。经热挤压后的工件，一般需经过切削加工才能复合机器零件的质量要求。 热挤压后，工件必须进行热处理。为了改善热挤压件的切削加工性能，调整硬度及为零件的最终热处理做组织准备，热挤压后必须对工件进行退火或正火等热处理。 §1.3 热挤压工艺的主要过程： 坯料制备 →坯料加热 →挤压成形 →后续工序 →积压件热处理→ 表面热处理→ 精加工  本设计的产品为筒形零件，其产品零件示意图如图21所示。 压气缸(见图21)传统上采用外径Φ130mm、内径Φl00mm的挤压管切削加工成型，材料利用率只有25左右，同时内孔加工量大，效率低。新工艺采用热挤压加工，能使坯料尺寸精度大幅度提高，毛坯重量减轻45以上，材料利用率可达70以上，废品率降低到2左右，产品的导电率、硬度及强度等零件材料为铬青铜QCr0.5，常温下QCr0.5棒料强度高、变形抗力大、塑性较差，具有加工硬化现象，难以进行大变形量的冷挤压成型加工。在生产过程中要先对其进行加热处理，即加热到730进行挤压加工。 §2.2 挤压件图制定 热挤压工艺设计是整个热挤压设计工作的第一步，设计是否合理直接影响到制件质量、生产效率、模具寿命和生产成本等根据压气缸的图纸要求，考虑到QCr0.5在730℃会产生氧化皮和机加工应预留的余量，挤压件在其原零件的基础上内外圈各加3mm和4mm的单边余量，端部加5mm的余量，得到第2次挤压后的毛坯(如图2所示)，体积m3 。 得到挤压件图如下所示。 图2-2 挤压件图 §2.3 工艺方案分析 工艺方案如下述讨论： 一次挤压成型。此时采用阶梯状凸模，一次挤压成型； 二次挤压成型。 若采用方案一凸模大致形状如（图2）所示。 根据挤压力计算采用经验公式： F=K×[8+1(D/d-1)]d2σb 公式2-1 式中F―反挤压时的挤压力 K—校正系数(根据试验情况而定) d—反挤压模凸模直径，mm D—反挤压模凹模直径，mm σb—挤压终了温度时金属材料的强度极限，MPa 如果采用一次性挤压，模具结构简单，生产效率高，但金属的变形程度大，挤压作用面积大，此时K= ，σb 115MPa，挤压力约为P=03×[8+l／(D／d1)]d2σb =0.3×[8+1／(129／1121)] ×l12×l15=6313321.4N，而315t万能液压机的公称压力为3150000N，500t万能液压机的公称压力为5000000N。因此若采用一次挤压所需压力太大，不够经济。其次若采用一次挤压变形量过大，容易出现挤压缺陷，故不适合采用一次挤压。