矩形喇叭冷挤工艺改进

摘要：文章通过对矩形喇叭的冷挤工艺改进，最终加工出符合图纸要求的零件。针对冷挤工艺中存在的问题，进行了试验、金属流动试验及毛坯形状试验，确定了加工时使用的剂和毛坯形状，在金属流动分析的基础上，对成形模具进行了改进，达到了改进工艺的目的。采用改进后的工艺方法，加工出了符合设计图纸要求的零件。

关键词：冷挤工艺；工艺试验；金属流动；改进

中图分类号：TH162+.1 文献标识码：A 文章编号：1006—8937（2012）23—0107—02

矩形喇叭是我公司某产品中的关键零件，零件下部为一长方体，上部为四棱梯形喇叭状，如图1所示。该零件材料为铝合金3A21，形状复杂，冷挤工艺性差，加之直壁上有两个深1 mm、宽7 mm的槽，更给冷挤工艺造成了困难。存在的主要问题为：两斜面材料有叠加现象；表面粗糙度Ra达不到0.8；剂不够理想；易出现粘模现象等，致使零件合格率低，难以保证产品性能要求。针对上述问题，经过反复的工艺试验，对成形工艺进行了改进，最终成形的零件达到了设计图纸的要求。

1 冷挤工艺试验

针对该零件成形过程中存在的问题，我们从三个方面进行了工艺试验。

1.1 试验

我们共配制了八种剂，分别进行了工艺试验，试验结论如下：

通过对八种配方的试验对比，确定了较为理想的配方，它不仅使成形零件形状稳定，而且消除了粘模现象，除两斜面有叠层外，其它部位表面粗糙度均达到了要求，为阻止斜面材料材料过快地流动，毛坯斜面不涂抹剂，成形效果较为理想。

1.2 金属流动试验

为找出斜面叠层现象产生的原因，对原毛坯上表面、一侧面及斜面画出坐标网格，并分阶段调整对模深度，由浅入深，通过观察各个阶段零件金属流动情况，我们发现由于毛坯上有一拐角处，材料的流动不畅，斜面叠层由喇叭状的拐角处材料流动成形，此外，喇叭斜面材料流动快，两直壁流动慢，又在两直壁形成了叠层，根据试验情况，我们认为毛坯形状需作改进。

1.3 毛坯形状试验

①为清除斜面上的叠层，在原毛坯基础上增加了下直面的高度，如图2所示，目的是使叠层流到斜面上部的直面上，但由此大大增加了材料的变形量和变形力。

②选用长方体毛坯，如图3所示，冷挤后型腔质量好，叠层消失，但毛坯在凹模内呈悬臂状，上半部呈自由状态，凸模下压力不均，容易折断凸模。

③通过对以上两种毛坯冷挤零件的对比及对材料流动情况的分析，决定将毛坯形状改为梯形，见图4，并重新设计凹模，冷挤后效果较为理想，材料流动均匀，斜面的表面粗糙度Ra达到了0.4，两直壁叠层消失，完全达到了设计图纸所要求的精度。三种毛坯的宽度均为26.5。

2 金属流动分析

在冷挤工艺中，掌握金属流动的规律，是解决冷挤中出现问题以及冷挤成功的关键，根据金属的流动试验，分析毛坯挤压零件斜面形成叠层的原因，该零件的挤压过程可分为以下几个阶段：

第一阶段，凸模进入材料深度为11.2 mm之前（11.2mm为冷挤凸模下方长方体的高度），当凸模压紧金属材料时，靠近下端的极小部分金属材料，紧贴在凸模顶端上，呈倒四棱台形，称为粘滞区。这部分材料在整个冷挤中不流动，在该区的下面，材料受压向上流动，为强烈变形区，凸模下行，材料上流，在两侧直面上凸凹模间隙始终相等，为2 mm，材料按一般反挤流动规律，沿凸凹模间隙向上运动，而在斜面上，随着凸模下行，其凸凹模间隙是由大变小，材料只在轴向受压，在径向受约束力很小，按照最小阻力定律，材料自由外溢，因两侧直面凸凹模间隙小于斜面上的凸凹模间隙，造成金属流动在侧直面和斜面上速度不同，使侧直面材料对斜面材料产生一个附加拉应力，斜面中间材料比其两边流动略快，使斜面材料在流动过程中出现弯曲（圆弧状），斜面内腔凹陷，即出现近似椭圆形凹坑，毛坯拐角线整体上移4。

第二阶段，当凸模进入材料深度超过深度11.2 mm时，在直面部分，随着凸模下行，凸模上高1 mm宽7 mm的凸耳接触材料，使得该部位材料流速受到严重阻碍而变慢，凸耳两侧的材料继续以原流速向上运动，流速的不协调可造成中间凹陷，转角处撕裂现象，而此时侧直面间隙仍小于斜面间隙，第一阶段现象仍然存在，所不同的是椭圆形凹坑渐渐变浅、变扁，同时随上流金属延斜面上移。

第三阶段，随着凸模继续下行，斜面上凸凹模间隙继续变小，开始了真正的冷挤变形，斜面凹坑和毛坯拐角处的金属流到了斜面的中心部位，结束了整个冷挤过程，故在斜面内、外处形成了叠层。

针对以上冷挤缺陷，我们从两方面着手解决：在两侧面上增加凸凹模间隙t=3 mm，改用形状二的毛坯。

这样使得侧直面与斜面流速均匀，消除了附加拉应力，改变了原有金属流速的不协调，使原有金属复杂的流动呈反挤压正常流动，从而消除零件斜面的叠层。

3 模具的改进

根据金属流动试验及金属流动分析的结果，在原模具结构的基础上，对模具进行了改进，重点对凹模形状和尺寸进行了改动，增加了成形通孔，改进后的结构完全满足了零件加工精度的要求，也加工出了符合设计图纸要求的零件。

4 结 论

①本文对零件成形过程中的斜面材料叠加现象的理论分析为零件成形奠定了一定的基础。

②本文针对某产品四棱台状零件钣金加工中存在的问题，进行了、金属流动及毛坯形状三项工艺试验及模具改进，通过试验摸索出了可行的工艺方法及过程，加工出了符合设计图纸要求的零件。

③该工艺方法对类似零件的冷挤加工中剂的使用、毛坯形状的选择等具有一定的参考价值。

参考文献：

[1] 吴诗惇，何声健.冲压工艺学[J].西安：西北工业大学出版社，1987.