复杂模具关键工序结构的开发研究

引言

冷挤压加工是一种常见的加工工艺,但如何保证产品质量却是一个难题,因为挤压过程中模具受力非常复杂,影响因素较多。比如寻油弹的冷挤压加工难度很大,由于上道工序挤压后存在着严重的形位误差,下道工序很难保证产品质量和产品数量的生产,往往加工几个或十几个零件上模就损坏,造成了严重的成本上升,给企业带来了很大的困惑,因此如何解决上述问题具有较高的学术价值和实际意义。

1冷挤压加工模具结构设计

一种冷挤压加工模具设计结构如图1所示,工作时工件放入下模10内,压力机滑块带动连接杆1、螺母2、凹垫3、上模4向下移动,下模体13固定在工作台上,下模10安装在下模套9中,并用压圈8通过螺栓5、垫圈6和7固定安装于下模座上。当滑块向下移动时上模4进入工件型腔内并根据型腔内的结构自由寻找位置,自动导正,随着凸模的向下运动工件与顶料杆12接触,工件、顶料杆、上凸模、下模腔形成强大的挤压力使被加工零件挤压成型。本套复杂模具涉及冷挤压加工技术领域,具体为一种冷挤压工序加工模具结构装置。

2设计目的

冷挤压是在常温下工件通过在模具型腔内的挤压变形获得所需要的零件结构形状和尺寸的工艺过程。由于冷挤压加工零件尺寸准确、表面光洁,节约原材料,生产效率高,可加工形状复杂的零件,挤压件具有强度高、刚性好、重量轻等特点,所以在汽车、航空航天、石油、化工、军工产品等多领域被广泛应用于机械零件的制造。

冷挤压由于在加工过程中工件在封闭的模具中成型,寻油弹头在挤压时处于强烈的三向压应力状态,模具承受三向压应力,单位面积上承受的载荷非常大,很容易造成模具表面金属磨损、剥落而失效。由于上道工序加工存在着误差,这种误差包括尺寸误差、表面几何形状误差、表面相互位置误差,特别是工件内孔与外圆柱面的同轴度误差,工件内孔轴线与底平面的X方向与Y方向的垂直度误差,其中垂直度误差会对凸模产生较大的弯矩,由于工件是随机安放于下模腔,致使凸模在加工过程中由于不同的工件误差不同承受着方向不定的弯曲力,造成凸模的弯曲应力反复循环作用,使凸模的应力集中处产生开裂、疲劳折断。由于模具的损坏极大地影响了生产效率,增加了产品成本,这个问题一直困扰着企业产品的加工,且保证不了产品质量。研究本套模具的目的是提供一种结构、工艺和使用简单、合理,成本低,性能稳定,使用寿命长的冷挤压加工装置。

3技术方案

为实现上述目的,采用如下技术方案,设计了一种冷挤压加工模具结构:

(1)根据以上加工工艺过程分析,由于在上道工序工件存在误差,模具在挤压加工时X轴移动方向受到干涉,限制了凸模的X轴移动,所以本模具凸模在径向方向留有一定的间隙,当模具动态接触工件时模具是挂在螺母端面上的,且Z轴方向也留有间隙,所以在X轴方向是可移动的,消除了工件X轴方向产生的误差带来的影响。

(2)根据以上加工工艺过程分析,由于在上道工序工件存在误差,模具在挤压加工时Y轴移动方向受到干涉,限制了凸模的Y轴移动,所以本模具凸模在径向方向留有一定的间隙,当模具动态接触工件时模具是挂在螺母端面上的,且Z轴方向也留有间隙,所以在Y轴方向是可移动的,消除了工件Y轴方向产生的误差带来的影响。

(3)根据以上加工工艺过程分析,由于在上道工序工件存在误差,模具在挤压加工时X轴转动自由度受到干涉,挤压加工时限制了凸模的X轴转动,所以本模具凸模在X轴方向留有一定的间隙,当模具动态接触工件时模具是挂在螺母端面上的,且Z轴方向也留有间隙,并在Z轴设计出凸模球面和凹垫片球面,凸模可以绕X轴转动,用以补偿上道工序加工工件的误差,消除了工件X轴方向产生的回转误差。

(4)根据以上加工工艺过程分析,由于在上道工序工件存在误差,模具在挤压加工时Y轴转动自由度受到干涉,挤压加工时限制了凸模的Z轴转动,所以本模具凸模在Z轴方向留有一定的间隙,当模具动态接触工件时模具是挂在螺母端面上的,且Z轴方向也留有间隙,并在Z轴设计出凸模球面和凹垫片球面,凸模可以绕Z轴转动,用以补偿上道工序加工工件的误差,消除了工件Z轴方向产生的回转误差。

4结语

通过大量实践可知,本模具的结构设计解决了产品质量不合格、模具大量损坏的问题,使产品质量和模具寿命得到了很大的提高,本模具的结构能够保证加工过程中即使上道工序对工件产生加工误差也不会对本道工序造成模具损坏的严重影响,提高了生产效率,保证了加工质量,大大降低了模具损坏的成本,为提高企业的经济效益做出了突出贡献。