空心铝铆钉冷挤压工艺及其模具的研究

懒-洋洋

    空心铝铆钉广泛应用于抽芯铆钉之上，近年来市场对这一产品的需求量日益剧增。国内某厂人员在国际市场上考察后发现，瑞士近年来推出的一种多功能抽芯铆钉在国际市场上很抢手，该产品技术含量高，生产难度大，但利润极高。加之，国内目前仍无此产品问世，因此该厂委托本文作者开发研制该产品，制订冷挤压工艺方案，进行模具设计、制造、调试及试生产。考虑到试生产造价问题，上述所有工作均围绕着小冲床进行。
! M3 r7 }, `2 Z$ ^% S0 ]    二、空心铝铆钉冷挤压工艺方案的制订
9 C- g, z- Z8 p1 z; {9 Q, j) m       图1为对国外的空心铝铆钉实测所得的零件图。由图可看出，该空心铝铆钉比一般的空心铝铆钉头部形状复杂且尺寸大。图1中宽度为7.5mm，高度为2.0mm的两平面是用来夹持铝铆钉使其旋转的，中间φ3mm的孔是用来安装抽芯零件的。该零件采用防锈铝LF5作为材料。

                                                        图1空心铝铆钉零件图
+ g$ h2 F# a3 R    1.冷挤压毛坯类型的确定
       因为铝铆钉为标准件，且为大批量生产，要求制造成本低，因此，所用原料的成本不能太高。而市场上空心小尺寸铝管材极少，故采用实心铝棒材作为冷挤压的原料。
    2.试生产冷挤设备的选择
) B; w' R. W8 f: [! w9 _5 o( f       冷挤压所用的设备主要是冷镦自动机和机械压力机两种类型。
) ]4 H9 u# `* Z% U% |+ j9 W       冷镦自动机广泛用于如螺栓、螺母、铆钉及销钉等标准件的大批量生产，其生产率很高，生产成本低，但设备投资太大，不太适应小批量生产，并且产品的尺寸精度不如机械压力机上冷挤压的产品尺寸精度高。同时，冷镦自动机不太适合带有复杂顶料机构的反挤压成形，因此，空心铝铆钉?φ3mm的孔不易成形。
4 v% t: {3 L* q       机械压力机特别是小吨位的机械压力机设备本身造价低，其上所用模具造价不高，调试方便。加之该产品又为试生产，市场销售情况不明，试制费用有限，因此决定采用小机械压力机作为开发研制的设备。
   3.冷挤压件图的制定
9 A$ D) c( i! R) _       经大量分析计算，得到如图2所示的冷挤压件图。空心铆钉头部中间的SR3的球窝在镦头时完成，SR3球窝有利于镦头时材料沿径向的流动，得到比不镦球窝更好的充填模具型腔的性能。因此，在进行空心铝铆钉镦头时，应同时将中心的SR3的球窝镦锻出来。

                                                        图2空心铆钉冷挤压件图
8 B: i- @- K5 Z( @       中间所留1.0mm的连皮，目的是为了避免镦头时难变形区也参与变形，导致冷挤力的剧烈增加。在冷挤压结束后，这部分连皮可用车削钻孔或在冲床上冲压切掉。
    4.冷挤压工艺方案的制订
9 ?! j, e$ Q/ u! r+ O. X% w, m       经大量分析计算，得到了如图3所示的冷挤压工艺方案，现对各道工序做一简单分析计算。

1 z0 V" {, u4 `. k7 k  Q                                                 图3空心铝铆钉冷挤压工艺方案
                                                     (a)下料(b)反挤(c)镦头
0 _3 Y/ ]+ @. s+ G+ k# K       为了能顺利将坯料放入模具孔之内，每道工序中毛坯和模具之间的间隙均取0.1mm。因为下料后还需反挤和镦头两道工序才能完成该件的冷挤压，因此，图3中下料工序中毛坯的直径应取为4.8mm，反挤后坯料的外径应取为4.9mm。而一般铝材厂没有外径为φ4.8mm的规格，因此，应通过在拉拔机上获得外径为φ4.8mm的铝材。
       下好料的毛坯接着要进行退火软化，消除其内部的应力，降低其硬度。在该件的冷挤压中，作者发现LF5防锈铝的软化处理效果的好坏对以后的成形质量影响特别大。如果按文献［1］中推荐的在360°～400℃保温5h，然后炉冷的方法进行退火软化，软化效果不好，在最后一道镦头时，在φ10外径处有微裂纹存在，经对软化后的毛坯进行金相组织分析表明，材料内仍存在较多的织构组织。这是由于铝材本身的织构现象较严重，加之在下料前，又将φ5mm的线材拉拔到φ4.8mm，更使织构现象严重。经反复试验发现，需要将温度进一步提高到390～410℃，保温时间延长到6h，然后随炉冷却到室温，此时的金相组织表明，织构现象得到良好的改善，这样，在最后一道镦头时，再也没有发现φ10mm的外径处出现微裂纹。