萬向節軸承套熱擠壓模具設計
2008-05-29一、前言
生產實踐證明，熱擠壓是一種生產效率高、勞動強度低、加工質量好、省料、省工和成本低的金屬壓力加工方法。這種先進的加工方法，可以取代或部分取代金屬切削加工，為機械加工實現少無切削創造了條件，現以解放CA10B萬向節軸承套為例，介紹其熱擠壓模具設計。
圖1是解放CA10B萬向節軸承套的產品零件圖，材料為15Mn。從零件形狀看，該零件應采用反擠壓工藝；從零件的尺寸精度和表面粗糙度要求來看，均超過熱擠壓所能達到的要求，故應放一定的加工余量，以留作熱擠壓后的機械加工。
圖1解放CA10B萬向節軸承套產品零件圖
二、擠壓件圖的設計
根據圖1的產品零件圖，可知D＝39mm,H/d=17.5/31＜1.6 ，查表1求得單邊余量為1mm ，徑向公差為+0.5高度方向公差為+1.0和中心偏差為0.3mm。可繪制軸承套的熱擠壓件圖，如圖2所示
圖2萬向節軸承套熱擠壓件圖
表1鋼質機械零件熱擠壓件的余量和公差
三、模具的設計與計算
1.反擠壓模結構
我廠所用反擠壓模如圖3所示。由圖中可以看出，凹模24以凹模墊板15與下模板12定位。凹模與凹模壓緊圈18采用錐面配合，用內六角螺釘19與下模板緊緊連接。
由頂桿導向套16和頂桿17組成頂出機構，在氣墊的作用下將擠壓件從凹模內頂出。頂桿導向套的一部分伸出下模板，主要是為了解決壓力機閉合高度不夠而采取的措施，將熱擠壓模安裝到壓力機上時，它將伸進壓力機工作臺孔內。
圖3反擠壓模結構圖
脫料板22和帶凸肩螺釘13及彈簧7組成卸料機構，用于將箍在凸模23上的擠壓件脫下，彈簧的作用是支承脫料板，并能保證脫料板和帶凸肩螺釘上下移動，從而減少凸模的長度，彌補壓力機行程不夠大的不足。
凸模23與凸模壓緊圈4也采用錐面配合，以凸模壓緊圈的凸肩和上模板2的凹槽定位，用內六角螺釘3與上模板緊緊連接。
導套6和導柱11用壓配合分別壓入上模板和下模板而組成導向系統，使熱擠壓模有較高的精度和工作可靠。由于導向系統的連接，從而構成了一套完整的反擠壓模。
將自來水由管接頭20通入，實現凹模冷卻。反擠壓凹模可做成整體式或鑲套式。
在反擠壓模的側面，由上砧塊5，下砧塊8，高度調節塊9，柱銷21和調節螺釘14等組成鐓粗臺。設置鐓粗臺的目的，主要是為了清除氧化鐵皮和改變坯料直徑。
整副反擠壓模在壓力機上安裝時，是靠模柄1與壓力機定位的。由圖3可以看出，只要更換凸模，凹模和脫料板，便可生產不同規格的反擠壓杯形擠壓件。
2.反擠壓凹模主要尺寸的計算
組合式擠壓凹模如圖4所示。其尺寸的計算，通常是根據擠壓件的外徑先算出凹模型腔的工作直徑，然后根據凹模型腔的工作直徑算出其它各部分尺寸。
圖4反擠壓模凹模
1）凹模內腔直徑 （ 即工作直徑 ）
D＝D`+δ`D`
式中D——擠壓件的外徑，δ`——鋼的收縮率，可取δ`＝1.2%～1.5%
（2）凹模外套底部外徑
D1＝（2.5～3.0）D
（3）凹模外套底部墊板孔直徑
D2＝D1-（20mm～30mm）
（4）凹模內套承壓面直徑
D3＝（1.3～1.7）D
（5）凹模內套外徑
D5＝（1.2～1.3）D
（6）凹模內套高度
h＝h0+（3～5）R
式中h0——坯料在模腔中的高度，本模具取h0＝35mm R ——凹模入口處圓角半徑，一般取2～5mm
（7）凹模與模板定位高度
h`＝（0.1～0.2）D
（8）凹模外套高度
H＝h+h
（9）凹模外圓錐度
α＝（10°～15°）
（10）凹模型腔的內壁錐度（即出模斜度）
β＝（0°10`～0°20`）
反擠壓凹模的材料，一般可以用3Cr2W8V和5CrMnMo，熱處理硬度為HRC50～55，模具壽命一般可達3000件左右。
3.反擠壓凸模主要尺寸的計算
在進行反擠壓凸模（圖5）主要尺寸的計算時，首先必須滿足擠壓件圖的要求，在確定凸模工作直徑 d 的基礎上才能計算其余各部分尺寸。
圖5反擠壓模凸模
（1）凸模工作直徑
d＝D＂+δD ＂
式中D＂——擠壓件的內徑，
（2）凸模端部直徑
d2＝（0.5～0.7）d
（3）凸模桿部直徑
d1＝0.95d
（4）凸模緊固部分直徑
D＝d+（1+2htanα）
（5）凸模自由部分高度
H＝（2～7）d1
（6）凸模緊固部分高度
h＝（1.3～1.8）d
（7）凸模工作部分高度
h1＝（0.3～0.5）d
（8）凸模變徑過渡部分高度
h2＝（0.3～0.7）d1
（9）凸模緊固部分錐度
α＝（10°～15°）
（10）凸模工作錐度
β＝（120°～160°）
反擠壓凸模的材料，一般可用3Cr2W8V和5CrMnMo，熱處理硬度HRC55～60，模具使用壽命可達3000～5000件。