弯形套瓣模挤压成形工艺及模具设计

胡占楼 刘汀

摘 要：弯形套是异形结构零件，材料为6061铝合金，采用常规加工方法成本很高，而采用挤压成形工艺可以大幅度减少机加工量，提高生产效率，既节约成本，又能达到提高产品质量和外观要求的目的。本设计采用温挤压瓣模成形，可获得沿轴向分布的全纤维金属流线和致密的金属组织，保证其力学性能。运用SolidWorks软件造型和模具设计，通过Deform软件进行模拟分析，优化工艺方案，制定更合理的工艺流程。

关键词：弯形套;精密成形;温挤压;模拟分析;模具设计

中图分类号：TG376 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）12-0083-02

弯形套材料为6061铝合金，如图1所示，制件虽小但结构较复杂，机械加工难度较大，成本比较高。采用精密成形工艺可以把外轮廓做到尺寸，不再需要后续加工，只留内孔、局部台阶、凹槽由机加工完成，可以大幅度降低成本，而且组织状态致密，性能良好。

1 工艺分析

1.1 制定挤压件图

此零件如果采用传统机械加工方法，材料利用率较低，费时费工，成本较高。采用温挤压成形方法，可得到精细化毛坯，且材料利用率高，再辅以机加工则可完成零件的最终制造。根据产品零件图、挤压工艺和机加工余量，制定的挤压件如图2所示。

1.2 工艺方案的制定

根据此零件的结构特点和出模方式，挤压工艺方案必须采取闭塞成形或者瓣模成形，也可以利用带压边的双动压机，其中最简单的选择是采用瓣模结构的方式挤压成形制件。

考虑6061材料的性能，采用温挤压方案。

零件的加工工艺路线为：备料（Φ18×45mm）→加热毛坯至450℃→温挤压瓣模成形→检验→热处理→机加工。

1.3 模具的润滑

温挤压兼备了冷挤压和热挤压工艺的优点，模具润滑非常关键。良好的润滑剂可以有效地提高金属材料的塑性成形能力和模具的使用寿命，可以采用水基石墨润滑，使用喷枪将润滑剂均匀地喷涂在凸模的表面和凹模的型腔中。

1.4 坯料加热、模具的预热和冷却

坯料一般采用普通箱式电阻炉加热，操作简便，适用于批量生产。温挤压用的模具在挤压之前一般要进行预热，以利于坯料顺利充填模腔，而且能降低挤压力，可以采用喷灯、电加热板、烤枪等方式。

1.5 DEFORM软件模拟及优化

1.5.1 Deform软件模拟分析结果（如图3所示）

由图3（b）损伤效果图可知，除了下部流向侧腔的金属部分损伤相对较大，上部金属损伤则比较小。由图3（c）应变效果分析图可知，坯料应变处于大致正常状态，不会出现裂纹、畸变与组织损傷。坯料成形时，下部自由流出的前端应力较小，上部金属受到的应力也不大，表明坯料充满模腔阻力不大，容易顺利成形。

1.5.2 凸模（冲头）受力分析（如图4所示）

6061铝合金在450度加热情况下，塑性很好，成形阻力不大，凸模单位受力在700MPa/mm2左右，完全在模具材料的承力范围之内，凸模工况良好。

2 弯形套挤压模具设计

成形设备选用通用三梁四柱油压机，弯形套挤压瓣模结构及动作顺序，如图5所示。

瓣模7的结构设计和制造是成形的关键。借助三维软件完成模具型腔的设计，全部直角部分均匀圆滑过渡，利于金属流动。瓣模先整体加工，线切割一分为二，电火花进行型腔加工、钳工修抛。瓣模外形设计单边1.5度外锥，和预应力外圈6通过轴向8-10mm压合量过盈配合。

瓣模的使用步骤是：

（1）瓣模腔润滑、先放入预应力外圈6，合模强力压合，两瓣模合二为一。（2）放入加热坯料，合模完成挤压成形。（3）凸模上行，设备顶出液压缸提供动力，由顶杆22推动顶件器21，强行顶出两瓣凹模，瓣模出预应力外圈6上端面后，人工或者机械辅助打开瓣模、取出成形挤压件。（4）然后对两瓣模腔进行润滑，继续下一循环操作。

3 结语

（1）本设计运用Deform软件进行模拟分析，设计合理过渡圆角，优化模具结构和工艺方案。（2）采用两瓣模结构完成制件的挤压成形。瓣模的设计、制造、使用是工艺实施的关键。瓣模的顺利压入、顶出、打开取件是影响生产效率的关键。（3）瓣模温挤压工艺是该制件较经济合理的加工生产方式，成本低、效率高、性能较好。

参考文献

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