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管罩反挤压模工艺与模具设计

摘要：随着社会经济的不断发展以及工业化程度的快速提高，纯铝已经被广泛的应用于航空、航天、船舶、建筑、桥梁等行业中，复杂的铝纯铝零件也得到了广泛的开发应用。相比于传统的纯铝制造工艺，冷挤压技术以其特有的成形精度高、综合性能好、节约成本等优点逐渐受到人们的关注。

本文是管罩反挤压模工艺与模具设计，首先分析冷挤压技术国内应用现状；其次零件材料分析和成形工艺方案的确定；接着相关工艺的分析计算和模具设计、润滑剂的选择和挤压设备的选择；最后进行模具的装配与维护和经济性分析。

关键词：管罩；冷挤压；纯铝；挤压工艺

绪论

研究背景

冷挤压成形工艺是在室温条件下，将常温的金属坯件放入状型腔的模具中，通过对毛坯或模具施加一定速度的挤压力，促使金属发生塑性流动，达到所需形状的一种成形方法[1]。冷挤压加工能够节省大量材料，避免材料浪费，同时，由于材料的冷作硬化现象，零件强度具有一定额加强，冷挤压成形是一种节能的净成形加工方法，与传统成形方式相比，具有“优质、高效、低消耗、低成本”等显著优点，在汽车、军工、船舶、航空航天等领域均有广泛应用[2]。

冷挤压等近净成形应用的成熟度，是一个国家工业化水平和现代化水平的重要体现，汽车工业是消耗能源较大的典型行业，世界各国均面临节能减排课题，因此，在汽车行业，冷挤压技术应用极为广泛，尤其目前随着机械加

工能力的不断提升，实心轴向空心轴发展、切削法向等体积成形发展，减材制造向增材制造发展的趋势越发明显

[3]。

国内应用现状

国外应用现状

冷挤压技术在初期发展相当缓慢。18世纪末期，首先由法国科学家成功冷-挤压出了铅棒。经过很长一段时间，直到19世纪末，开始冷挤压一些软金属，逐渐可以冷挤压一些比较坚硬的有色金属。到了20世纪，美国人采用黄铜挤压出了薄管状物和杯状物。在一战期间，美国的军工企业用冷挤压技术，生产了大批量黄铜弹壳[4]。一战之后，德国人运用该技术大量生产了各色电容器器件。英国人科斯利特（T.W.Coslett）于1906年发现了一种对钢铁制品表面进行处理的防锈方法，在此基础上人们又找到了一种理想的表面润滑方法——磷化皂化处理法，此方法一直沿用至今[4]。在二战前夕，经过大量的研究实验，德国人为了扩大弹壳的生产量，用材料钢成功挤压出了大批量的钢弹壳。二战结束之后，美国人查阅了德国人冷挤压钢的全部资料，秘密生产了大量的钢弹壳和弹体[5]。在1947年已经正式在国民经济各个行业中使用钢的冷挤压。美国于1949年发表了有关各种钢材冷挤压前后机械性能的试验数据。德国分别于1950、1953年发表了有关钢的冷挤压的基本技术数据以及冷挤压功和冷挤压力的实验数据，并且于1955年开始将这种技术应用到汽车锻件的生产[6]。60年代，日本大力发展冷挤压技术，将该技术应用到了汽车行业中，在今后的数年里得到广泛地推广与应用，这就大大促进了日本汽车行业的快速发展和进步，为冷挤压技术发展创造了有利的条件[7]。

从冷挤压设备上看，日本人首先运用冷挤压专用设备来生产出钟表等精密电子仪器，取得了巨大成功并获得巨额利润[8]。日本会田株式会社于1933年生产了第一台2000KNPK型精压机，随着汽车工业的发展，会田株式会社于1972年又成功研制了CFT系列多工序压力机，于1979年和1988年分别研制了K系列精压机和FMX系列压力机。除此之外，“小松”、“惠田”等公司还研制了相应配套的自动化送料装置、快换装置、模具等等[9]。从冷挤压产品上看，日本60年代主要冷挤压轴类零件、活塞销、紧固件和法兰等简单零件，70年代冷挤压形状复杂的零件，如：离合器齿轮、交流发动机磁极铁芯和传动花键。80年代后期，就能成功冷挤压高难度等速圆球外座圈、内座圈、轿车等速万向节、十字轴等高精度零件，为日本汽车走向高性能化做出了巨大贡献。日本冷挤压技术已经成为净形或近似净形加工技术，处于世界领先水平[10]。

国内应用现状

在我国冷挤压技术与日本的起步时间相当，但是发展极其落后。当时只有极少的工厂可以挤压一些软金属

[11]。50年代，开始进行铝、铜及其合金的冷挤压；60年代，开始进行黑色金属的冷挤压；70年代，冷挤压生产工艺技术在钟表、自行车、缝纫机等工业生产中被广泛的使用，又将该技术推广到齿轮的挤压成形中，取得了成功并且投入大批量生产[12]。但由于未从根本上解决材料、设备、工艺、模具、润滑、自动化装置以及毛坯材料的原始

尺寸、状态、后处理等一系列技术难题，所以未得到较快发展；80年代，随着家用电器行业和汽车摩托车行业的快速发展，引进了先进的冷挤压设备和技术，在生产实践中技术人员攻克了很多技术难关。现在可以制造的冷挤压件的品种也是各种各样，如台阶（或凸缘）轴类、杯