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六凸面套筒头冷模锻工艺及模具设计

1概述

六凸面套筒是一种新型套筒扳手的关键组合件，按其形状属于轴对称通孔零件，但在端面

上均布六个凸面，高度和宽度尺寸均为6mm，一端内孔呈方形中14×14mm，是用来与手

柄（或接头）的方榫配合的一端。形状十分复杂，其开头及尺寸如图1所示。过去加工六

凸面套筒头的工艺是：用直径￠26mm圆钢毛坯加热后模锻及在冲床上切边，然后再进行

车、钻、铣、插等金属切削加工方法制得，其生产工序多而复杂，质量也不易保证，材料

单耗及耗能均较高，生产效率较低，造成较高的生产成本。

随着机械工业的迅速发展，冷模锻的应用愈来愈多。除了具有较高的精度以外，更迫切的

是要解决复杂的形状，同时还要不断提高制件的内在质量，减少原材料的消耗及机械加工

工时，提高生产率，促使降低产品成本。

冷模锻技术是近年来逐渐研制和推广应用的一项新型模锻工艺。其基本原理是在封闭的型

腔中，采用上下两个模具对毛坯进行镦粗——挤压成形。它可使毛坯在锻压设备一次行程

中获得利用第均显著提高。

2工艺分析

六凸面套筒头零析材料为40Gr合金结构钢，其供应状态强度高、变形抗力大、塑性较

差，具有加工硬化现象存在，难以进行大变形量的冷模锻成形工艺是完全可行的。

冷模锻成形工艺的成形尺寸精度可达IT7～IT8级，表面精糙度可达0.4μm～0.8μm以上。

本六凸面套筒头的表面粗糙度为3.2μm,l因此，采用冷模锻成形工艺可满足该零件的技术

要求。

六凸面套筒头冷模锻工艺的生产工艺过程是：下料→退火→冷模锻。整个金属塑性成形的

特点是在单次进行有效的闭式冷模得到所需的制件形状及尺寸。

3工艺设计[1][2][3]

冷模锻工艺设计是冷模锻设计工作的第一步，它的好与坏，直接关系到制件质量、成本、

生产效率及模具寿命等。

3.1冷模锻件图的制订

根据六凸面套筒头零件图及冷模锻工艺的基本要求，设计时应考虑解决下列问题：

（1）确定分模面位置为使冷模锻件容易从模具中取出，并要求铙得镦粗挤压充填成形的

良好效果，同时考虑到开模时制件留在下模，因此，按该零件的形状，分模面的位置应选

择在最大的外径处，见图2中的A—A。

（2）余量、公差及余块六凸面套筒头冷模锻后，其外形的尺寸精度及表面粗糙都已达到

图纸上的技术要求，不需再进行机械加工，故就不再加入余量。由于中心孔径￠26mm和

方形榫中14×14mm是通孔连接，但考虑到模具容易磨损，应加放余块，制成盲孔。考虑

到下料毛坯的尺寸有公差，故在制件的一端高度加放1mm余量。其它尺寸的公差均在零

件的公差范围内，其数据查阅手册。

（3）模锻斜度为了使制件冷模锻后，易于从上模型腔中脱离而留在下模，因此在六个凸

面的直边设有模锻斜度30′。该斜度也作为工作时容易插入相应的凹槽内。

（4）圆角半径冷模锻件尖角处的圆角半径直接影响着冷模锻时的金属流动、型腔充满、

冷模锻力、模具磨损和制件转角处流通线切断等。按该零件的尺寸查阅手册。

根据以上所得的数据，绘制出六凸面套筒头冷模锻件图，如图2所示。

3.2毛坯尺寸的选择

在六凸面套筒头冷模锻件图（图2）中，其上端外径￠28mm之间选定一尺寸作为毛坯的

直径。这一尺寸既能满足许用变形程度的要求，又要当作毛坯在模具型腔中的定位作用。

根据这一设计原则，经所需的体积计算，选定直径为￠27.8mm，毛坯长度34mm。

3.3变形设备的选择

冷模锻加工，可在专用的挤压机上，也可以在油压机上进行。冷模锻设备的工作方式和结

构在很大程度上决定了生产率、工作精度通用性和生产的安全性。

一般说来，较高的滑块速度，必然带来较高的生产率。机械压力机和操作速度，通常比油

压机高，这是它所具有的突出优点之一。它的缺点是滑快的速度是随着滑块的行程微量改

变的，在行程的中间，速度最大，当滑块行至下死点时，速度减小到零。而油压机和优点

是在全行程内提供不变的压力，它的缺点主要是一次工作循环时间较长，行程次数较少，

生产效率低。

根据本零件的形状及变形工艺的要求，可选用曲轴式机械压力机。该设备结构简单，工作

行程和能量都较大，并且行程次数也很高，符合大批量的生产要求。

3.5毛坯制坯处理

根据冷模锻工艺的要求，必需对毛坯材料进行制坯处理，它包括软化处理表面处理及润滑

处理，其工艺介绍如下：

（1）软化处理中高强度合金钢40Gr在供应状态