铝合金消音碗毛坯冷挤压成形工艺设计 - 图文(3)

图8 反挤压表面折缝 图9 反挤压裂纹

（4） 裂纹

挤压裂纹分表面裂纹和内部裂纹，图9表示的是，当模具的圆角半径过小，会产生较大的应力集中，可能发生角裂。由于摩擦的影响而导致附加应力和残余应力，当它们的值超过挤压材料的许可值时，就可能会产生环形鱼鳞状裂纹。而由于冷挤压模具的形状和尺寸不够合理，比如正挤压凹模的工作部分不均匀会导致工件弯曲。

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2.4 冷挤成形零件结构分析

（1）可供冷挤压成形的零件形状

由前述可知，冷挤压加工的实质是使金属材料在模腔内产生塑性流动，从而获得所需的形状和尺寸的挤压件。不言而喻，不能实现这种流动，或者冷挤后难以取出的零件形状，采用冷挤压成形是困难的。因此，为了顺利地进行冷挤压成形，降低加工压力，减少工序数目，延长模具寿命，获得优质的挤压件，对于冷挤成形的零件形状，应作如下限制：

（a）供冷挤压成形的零件应尽量为轴对称形状，以保证成形过程中，金属流动产生均匀性的流动。为此，与压缩方向垂直的截面形状应为同心圆。具有锐角的非对称形状易产生不均匀流动，且不易充满模具转角处，模具的横方向又作用着不平衡的力，极易损坏模具。因此，非对称形状的零件不适宜于进行冷挤压成形。

（b）对于需镦挤成形的零件来说，头部直径与高度之比不宜过大，否则会在镦挤末期引起压力急剧上升，使头部侧表面作用着较大的拉应力，从而产生纵向开裂。对于在这种情况下进行镦挤，即使可以挤压成形，但由于头部加工硬化过大，在挤压件使用时如受到较大的冲击作用，头部也很易开裂。

（c）对于底部与壁部过渡部分，或断面急剧变化部分的连接线，应尽量圆滑过渡或设有足够大的圆角半径R。当挤压件出现锐角时，模具在相应部分也为锐角，该处就会产生较大的应力集中，且不利于金属流动，也难以充满锐角处。 （d）为了便于从模具内取出，挤压件的横向不应有凹入或凸出的形状。 （e）直径变化不大的多台阶零件，不宜用冷挤方法成形。这是由于此时的变形程度太小而使模具寿命较短的缘故。

（f）小于10mm的小孔，不宜用冷挤压法成形。这是由于此时需用小直径的凸模，而这种凸模寿命短，不经济。

（g）螺纹不能冷挤压成形，需待以后切削加工或滚轧成形。 （2）适宜于冷挤压加工的最佳形状

根据上述分析，可以得出何种形状的零件最适合于冷挤压加工的结论。现归纳如下：

（a） 底部带孔的杯形件。冷挤压成形可以获得高精度的内孔及外表面。 （b）带有深孔的双杯形零件。冷挤压成形可以获得杯形深度均匀。精度较高的挤压件。

（c）有较大法兰的零件。采用带有侧向约束的模具镦挤成形，可以获得优质的挤压件，它比切削加工节省材料，且生产率较高。

（d） 多段的阶梯轴类零件。采用正挤或减径挤压，尽管工序较多，但极易成

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形，挤压件精度高，质量好，特别适用于大批量生产。

（e）带有花键或齿轮的轴类零件。采用冷挤压成形可以获得质量均匀的挤压件；与切削加工相比，材料省、生产率高、性能好。

（f）截面为正方形、六方形等多边形的薄片零件，采用冷挤压成形可以一次加工出多件，然后再切断使用。

（g）厚壁管类零件，如汽车活塞销等，采用冷挤压加工出双杯形零件，然后再冲去连皮，既可获得优质的挤压件，又可节约原材料和机加工工时。 （h）深孔杯形件，如弹壳等，先采用反挤压制坯，再用正挤压成形，既可扩大加工范围，又可获得高质量的挤压件。

（i）对于需要进行调质处理、以获得硬度HRC25—35的钢制轴对称类零件，采用冷挤压加工，由于会产生加工硬化，因此可以省去冷挤压后再进行调质处理工序。

（3）零件的结构工艺分析

冷挤压件成型要受到其形状和尺寸的影响和限制，一般有以下的情形不宜采用挤压成形或需要改变结构尺寸:

（a）具有锐角的非对称形状易产生不均匀流动，且不易充满转角处，模具的横向又作用着不平衡的力，极易损坏模具。因此，非对称的零件不适宜进行冷挤压成形。

（b）对于需要镦挤成形的零件来说，头部直径与高度之比不宜过大，否则会在冷挤压的后期引起压力急剧上升，使头部侧表面作用着较大的拉应力，从而产生纵向开裂。

（c）当挤压件出现锐角时，模具在相应的部分也是锐角，该处就会产生较大的应力集中，且不利于金属流动，也难以充满锐角处。

（d）挤压件出现的横向不能有凹入或凸出的形状，否则会影响冷挤压件的顺利取出。

（e）直径变化不大的多台阶零件不易采用冷挤压成形，因为此时的变形程度太小而使模具的寿命缩短。

（f）小于10mm的小孔不用冷挤压成形，因为此时需要小直径凸模，这种凸模的寿命短，不经济。

（g）螺纹不能冷挤压成形。

根据上面对冷挤压零件结构的分析，结合设计给的零件的形状，觉得这个设计用冷挤压来生产产品是很合理的。且符合上面的条件。

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3 铝合金消音碗毛坯冷挤压成形工艺设计

3.1

产品技术要求及特点

本课题所给的零件是铝合金消音碗(如图10)，它是某产品上的零件，为薄壁碗形类零件。它的材料是7A04(LC4),机械性能为：σb ≥520MPa、δ ≥5%，这个零件有5种规格，它们的内外形尺寸都是一样的，只是长度不一样，长度分别为22mm、27mm、32mm、37mm和41mm，每个长度尺寸的年产量均为4万支。该产品是与消音筒配套使用的，它是放在消音筒内，一个消音筒要放4个这个产品，所以消音碗的外圆表面和底面要保持一定的垂直度。由于内表面不与任何表面接触，所以该产品的内壁是不用加工的。通过对零件的初步分析，觉得采用冷挤压是可行，还有待后面的变形程度的分析。

图10 消音碗零件图

3.2 毛坯成形工艺分析

产品零件是薄壁碗形类零件，内部有一个圆锥台，材料为7A04，本身产品的尺寸不是很大，若用热锻或热挤压进行成形制造，生产工艺比较复杂，尺寸精度也比较低，材料的利用率也低，而这个产品本身对尺寸的精度要求就很高，而且现在也提倡能源节约，改善工作环境，而且通过对7A04的性能进行分析后，通过对材料进行挤压前的软化处理，在一定变形范围内进行挤压成形，再进行热处理强化的成形工艺，完全能满足产品的性能和尺寸精度。

在产品的成形工艺过程中存在着很多的技术难点。在这个产品的挤压成形过程中主要存在的几个技术难点就是挤压后的残余应力、表面拉伤、“死区”剪裂和折叠、挤压后截面尺寸是否一样，以及内外圆表面的同轴度等，根据查阅书籍和老师的指点，解决方法如下：

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