一字型钎头一次成型工艺及模具设计

2014-07-11王富华

凿岩机械气动工具 2014年1期

王富华

（天水风动机械有限责任公司技术中心，甘肃天水 741020）

0 前言

图1 所示一字型钎头，由于损耗大、用量多，是钎具行业量大面广的产品。过去钎头的生产主要采用圆棒料经车、铣等切削工艺加工，因外形复杂，机械加工难度大，材料利用率低，导致生产成本居高不下。目前普遍采用挤压成型，根据成型温度的不同可以分为冷挤压、温挤压、热挤压。冷挤压时，零件精度高，但变形抗力大且必须采用后续退火工序，从而加大了生产成本；温挤压成型时将毛坯加热到某个适当温度（在结晶温度以下），其特点是成型压力低，尺寸精度接近或相当于冷挤压零件，且可连续生产，但模具存在严重的早期失效现象，模具寿命短；热挤压可降低变形抗力，但零件的表面质量和尺寸精度下降，而生产成本较低。根据情况我公司采用热挤压成型。

图1

1 热挤压成型模具的结构及工作原理

因钎头形状为上小下大，为了顺利脱模，故采图2 的结构，其工作过程如下。

首先把模具安装在压力机上，使模具处于开启状态。把加热到预定温度的毛坯放入凹模型腔，压力机下行，带动冲头进入型腔，金属坯料在冲头作用下发生塑性变形，并充满型腔。成型结束后，冲头上行，然后启动顶出气缸，凹模拼块在顶杆的作用下向上运动，同时凹模拼块受预应力圈的限制，产生横向开模，当开模距离大于工件直径后，钎头即可取出。

2 模具主要零件的设计

2.1 凹模锥度的确定

图2

图3

钎头挤压成型模具中，受钎头形状的限制，凹模必须采用半模拼块结构，才能保证脱模。在此结构中凹模拼块与预应力圈的配合锥度α 十分重要。成型时凹模拼块受力如图3 所示，p 为预应力圈作用在凹模拼块上的胀模力。

垂直于配合面的分力p2=p cosα=N

平行于配合面的分力p1=p sinα

F=f× N=f× p cosα

当 p1＜ F 即 tgα ＜ f 时，凹模自锁，凹模拼块不会上浮。

当 α 增大，当 tgα ＞ f 即 p1＞ f，此时，凹模拼块就会上浮，使凹模拼块分开，因而产生飞边，钎头尺寸也会发生变化。

当凹模为圆锥面时，凹模拼块上浮后，凹模与预应力圈之间的锥面接触变成线接触，凹模拼块在胀模力产生的弯矩作用下极易断裂，因此从凹模受力来考虑，角度α 不能取得太大。

查得滑动摩擦系数 f=0.15～0.3，则 α=9°～17°。考虑成型设备的顶出行程和模具的强度，经试验，取α=13°，这样可以保证顺利脱模。

2.2 冲头

图4

为了满足产品形状的要求，且便于装卸，冲头采用图4 所示的整体式结构。冲头经过特殊工序处理，以提高冲头的寿命。

3 止动装置的设计

图5

挤压成型结束后，冲头上行时，钎头对冲头的抱紧力过大，就会将凹模拼块提起，凹模拼块自动分型，钎头就抱在冲头上不能分开。这样不但降低工作效率，有时还会让冲头报废，为此我们专门设计了止动装置（见图5），凹模上行时四个止动销限制了凹模拼块的横向开模，依靠下面拉紧块，凹模不能向上运动。这样凹模就能够与工件有效地分开，然后利用顶出装置将工件从型腔中顶出。

4 钎头热挤压过程

钎头热挤压成型过程如下：

（1）下料。采用与钎头圆柱部分直径相同的圆形棒料作为毛坯，坯料的长度根据零件的体积确定。

（2）加热。将毛坯在中频炉里加热到1050±50 ℃。

（3）清除氧化皮。由于在这个温度下毛坯表面氧化皮严重，需清除掉毛坯表面氧化皮。

（4）润滑。在冲头和凹模拼块上涂抹润滑剂。

（5）成型并取出钎头。毛坯放入凹模后，压力机下行，带动冲头，挤压一次成型，自动延迟几秒后冲头上行。顶出气缸动作，凹模拼块在顶杆的作用下向上运动，因凹模拼块受预应力圈的限制而产生横向开模，当开模距离大于工件直径后，取出钎头。

5 润滑剂的选择

良好的润滑能降低变形抗力、降低压力机设备吨位，减少模具的磨损，提高表面质量。热挤压由于温度过高，润滑剂首先应具有足够的热稳定性，在高温下具有良好润滑效果，其次还应有良好的粘附性，在高温下能均匀粘附在坯料或型腔的表面，不形成堆积。

目前热挤压成型所用的润滑剂种类较多，运用在钎头生产中有的润滑效果不好，有的使用不方便[1]。通过多次试验比较，我们配制了一种适合于此类热挤压下的润滑剂。本润滑剂系胶体状，采用高纯度石墨微粉，以水为载体，加入适宜的粘结剂、分散剂、悬浮稳定剂及涂膜增强剂。在成型前涂刷在冲头和型腔表面，可以取得良好的润滑效果，提高模具的寿命。