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空心铝铆钉冷挤压工艺及其模具的研究

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发表于 2010-12-22 10:32 | 显示全部楼层 |阅读模式
    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。
1 _! Z9 ]! w  k- t4 B( C) m+ v    二、空心铝铆钉冷挤压工艺方案的制订
' E( y8 f0 p8 M% l7 L6 w       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。


/ I8 E( \/ O! q, C; U) {* `                                                        图1空心铝铆钉零件图0 t5 K: F  g7 ~  Z
    1.冷挤压毛坯类型的确定
7 v- [% N& Q) l) K2 k! G8 s       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。
# s- q4 V* H2 o& b7 r0 {  N    2.试生产冷挤设备的选择
5 A. F) C# ]* g. M# _% P% i       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。
) [2 z& W  r3 E( o3 X; W" l7 y3 }       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。
" m2 Z( f' O/ p$ Z' H2 o3 T       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。
# g& E  t6 R' l   3.冷挤压件图的制定
, m- E7 a* M7 _+ F* C       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。


$ j3 l# d! Y% P* P4 R                                                        图2空心铆钉冷挤压件图
4 J, t3 q) z% i0 Q       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。
! n1 k  l" h- X, G3 B+ \    4.冷挤压工艺方案的制订
/ \! b, v4 E# F& g: H* A  b& H       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。


8 p; F; W( f0 f$ O( o                                                 图3空心铝铆钉冷挤压工艺方案   R0 G) `% J8 \2 X# Q( d% T
                                                     (a)下料(b)反挤(c)镦头

9 ^" o! {& t+ O. ]; f8 \       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。
# |* D- l" b( c# Z, @       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。
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