自制嵌螺母“牙齿”冷挤压工艺及模具设计.pdf

自制嵌螺母“压齿” 冷挤压工艺及模具设计 陕西华达工模具制造有限责任公司（西安 “ ） 江正军赵振英陕西华达工模具制造有限责任公司（西安 “ ） 江正军赵振英 嵌螺母是薄板上紧固零件的得力“助手” ，以其装 配时不需要攻内螺纹，焊接螺母，牢固、美观、方便、 快捷的特点，广泛应用于汽车、航空、铁路、造船、制 冷、仪器、家具等机电产品。近几年我公司承接的某科 研院所机电产品的箱体结构件，其中有对嵌螺母紧固件 的装配制造，但由于其零件材料、尺寸规格的特殊性， 且用量少，正常供应比较困难，需要从专业生产厂家定 做。为了满足公司生产任务的需要，对嵌螺母的自制生 产进行了有意义的尝试。 “冷挤压工艺性分析 （）结构特性分析图是我公司嵌螺母零件制作 中的一种， 其余外形类似， 只是在尺寸规格上略有区 弹压卸料板有整体式、拼块式和嵌块式。这三种弹 压卸料板基本相同，后两种与整体式不同之处是卸料板 的凸模导向部位选择硬度更高、耐磨性更好的材料制 造。 特殊情况下，可采用弹压卸料与固定卸料相结合的 方式。当导正销接近条料边缘时，采用二者相结合的方 图 “ 下模座 凹模 固定卸料板 弹压卸料板“ 导正销 式，如图“。 “结语 在不同情况下，采用 不同的卸料装置是保证模 具顺利工作的重要条件。 一副精度高、操作安全可 靠、灵活稳定的模具必须 综合考虑各部分的具体结 构，按照一定的使用要求， 有的放矢地采取相应的技术措施才能设计出较完善的模 具。（收稿日期 ’ ’ ’ “ ） 别，在这里举例说明。零件外形整体归属轴类零件，中 心有螺纹孔及翻铆用台阶孔，台阶圆端面均匀分布着呈 轴中心对称的较浅锯齿形压齿。从加工特性上分析，此 类零件除“压齿”外，其余形状尺寸通过车削加工均可 完成， “压齿”的尺寸形状和分布特点考虑冷挤压制作 比较适宜。 图零件图 （）尺 寸 精 度 要 求零 件 标 注 制 造 公 差* ／ , ’ ’ ’ ’，利用冷挤压工装压制齿形，模具制造精 度要求不高，挤压工艺上完全可以保证。从使用功能上 来讲，只要满足齿尖尖锐，压入薄板中时牢固、可靠， 达到防转功能即可。 （）材料特性分析制作材料为 ’冷拉圆钢，出 厂硬度不大于 - . /，抗拉强度 0““ ’ 1 2 3 ，伸长 率“ ““ “ 4，冷变形塑性高，可供弯曲、压延、弯边 等加工，不仅适于此类嵌螺母的翻边铆接，而且有利于 齿形冷挤压成形。 年第 期 冷加工 “ ’ * “ ’ “ ’ 模具 “ “ “冷挤压工艺 车毛坯，如图，为确保后序模具压制齿形的精 确定位，各公差外圆按名义尺寸放研“ “ ，其余按 图加工。“软化处理，如图，硬度 “ “ ’ 。 酸洗。冷挤压成形，如图*。 图毛坯图图热处理工艺 图*齿形成形件 “模具设计 （）简易冷挤压模的设计由于公司承接的箱体结 构件处于试制阶段，研制任务紧，嵌螺母的需求量不 大，但品种较多，尺寸规格各异。根据公司现有设备状 况，暂且设计简易冷挤压模具，通过 , -／型手扳油 压机实现齿形的压制。降低制造成本，缩短制造周期， 满足目前生产需要。 模具结构及工作过程 如图-，采用反挤压成形 工艺，整个简易工装只需.个模具组件装配而成，其中 底座-可通用。其余组件随压制零件的尺寸规格的差 异，可对应灵活更换定置，无需对模具组件的紧固和拆 卸，操作快捷、方便。工作时首先将凹模置入底座- 图示位置模座内，接着依次放置零件毛坯*、凸模、 限位套；其次将模具放入手扳油压机工作区域内，通 过手动操作杆调试加压，上缸体推动凸模下行至限位 套上端面与缸体下端面接触，停止运动，齿形压制成 形。取出整体凹模组件置入底座背面的型台内，打杆. 塞入凸模，利用刚性工具敲击打杆使零件毛坯脱离凹 模，实现卸件。 图-模具装配简图 凸模 限位套 凹模* 毛坯- 底座. 打杆 “模具制造要点 配合间隙为保证良好的导向和 装配自如，凸模、限位套与凹模轴孔相互间隙配合 ’ /／0 .， 零 件 毛 坯 应 与 凹 模 配 合 间 隙 双 面 不 大 于 “ “ * ；装配精度所有装入凹模内的模具零件，装 配后保证同轴度不大于“ “ ，受力端面与零件轴向 的垂直度不大于“ “ 。 压制效果 上述简易工装经试模，可以完成齿形 的挤压成形。受模具装配精度及挤压设备精度的影响， 凸模的导向挤压力每次不稳定，与操作经验关系较大， 导致凸模不同程度受损。凸模寿命约* “ “ - “ “次 ／ 件。 虽 然装配工作繁琐，效率较低，可压制约* “ “件 ／ 日， 但作 为试制阶段或需求量不大时，斟酌利弊，此挤压方式还 是有其应用价值的。 （）精密“冲齿”模的设计公司承接的箱体结构 件已研制定形，进入批量生产阶段，对嵌螺母的需求量 也随之增加，原有的工艺手段已不能满足生产需要。必 须考虑利用更精良的设备和工装提高加工效率和加工质 量。 设计思路 要实现高效、快捷的加工，首先考虑 到设计适于冲床加工的精密模具。该模具要求必须工作 可靠，使用寿命高，维修方便，模具零件更换容易，整 体结构通用性强。通过冲压模具和冲床实现毛坯零件的 精确定位，快速成形、自动卸件。 “模具结构 如图.，采用了正挤压成形工艺，整 个模具采用了柔性化设计，通过此模具可完成嵌螺母零 件系列化的生产制造。关键模具零件凸模 1、限位套 /、凹模镶件2、顶件器.、定位镶件*及主要模板固 定板 “、弹压板 -、凹模板 *的安装定位均符合标准 件设计要求，使模具核心部件具有良好的可互换性，提 高模具整体使用寿命，节约了此类嵌螺母零件的制造成 本。 冷加工 年第 期 “ ’ * “ ’ “ “ 模具 “ ’ 图模具结构图 “ 导柱 弹簧 小导柱 定位镶件’ 毛坯 顶件器 导套 凹模镶件* 销钉“ 打杆 “ “ 模柄“ 上座板“ 上模垫板“ 凹模板“ ’ 弹压板 “ 垫板“ 限位套“ 护套“ * 凸模 固定板 “ 弹压螺钉 下模垫板 下座板 工作机理 如图，模具处于自然状态。工作时， 上模下行，同时压迫弹压板“ ’下压，则凸模“ *将毛坯’ 顶入凹模镶件，与顶件器同步上移，至顶件器与上模 垫板“ 接触，随后顶件器下压毛坯，直至垫板“ 与限 位套“ 接触，齿在凹模镶件内压制成形。开模时，毛坯 与凸模分离，滞留于凹模镶件内，随同上模上行，直至 打杆“ 与冲床上横杠刚性撞击，作用力传递于顶件器， 将毛坯顶出凹模镶件，工作结束。准备下一个循环。 “可靠性保障 , 精确定位 本模具中模座上安装有精确定位导向 的导柱、导套，可保证凹模镶件与凸模的同轴度不大于 - -；弹压板与凸模固定板之间虽然设计有小导柱， 但由于弹压板为活动件而装在其上的定位镶件也随之 上下运动，按常规方法设计除了对弹压板上的定位型孔 与其配合实体的定位精度，以及对互换部件（定位镶 件）装配时也有较高要求外，还必须保证弹压板上下运 动时具有极强的平稳度。为降低制作精度和装配难度， 设计上考虑如图，凸模伸入定位镶件 - -，并 与定位镶件配合间隙双面 “ - -，定位镶件与弹压板 对应安装孔配合间隙双面 “ - -，则定位镶件通过凸模 精确导向，避免定位镶件通过弹压板精确定位并与凸模 精密配合不能同时满足时，发生干涉，不能保证毛坯、 凹模镶件与凸模位置的同轴度。对于相对静态模具核心 零件凸模“ *、凹模镶件固定部位对应安装轴孔间隙配 图凸模、定位镶件、 毛坯、弹压板装配简图 合. ／ / 0 ，可实现备件的精确 互换，不影响模具装配精度。 1 凸模寿命 经粗略估算 图正挤压方式，凸模所承受 的变形抗力小于图’反挤压方 式凸模所承受的变形抗力。如 图，凸模为实芯体；原材料 2 3 “ 4 5 6采用二次硬化法淬 火，’ ’ ’. 7 2（防脱碳保 护） ；使凸模的抗弯强度加大、冲击韧性提高。受压缩 空间的影响，凸模的悬臂较长，设计上考虑在凸模上安 装护套，保证凸模在受到强大冲击时平稳、牢固。装配 有导柱、导套及小导柱提高凸模的定位精度，精密的冲 压设备保证冲压力的均衡、稳定；有利于降低凸模的损 耗，延长凸模的寿命。 图凸模 8 自动卸件 毛坯挤压成形后，开模时确保毛坯滞 留在凹模镶件内，是零件实现自动卸件的关键。依据简 易冷挤压模具挤压的实践经验，毛坯与凹模镶件的配合 间隙双边 - -，凸模与凹模镶件的配合间隙 双边 - -为宜，毛坯压齿部位受压后，母料径向流 动，从而使毛坯在凹模镶件内胀紧；冲压前凸模齿形部 位涂抹气缸油，减小毛坯成形齿与凸模压齿之间的啮合 力；一系列措施保证了开模时毛坯滞留在凹模镶件内。 冲压效果 此模具安装在9 “ 型冲床，试模一 次性成功。零件齿形分布均匀，高度、外观一致性较 好。目前通过对几种类型嵌螺母毛坯冲压实践，已经大 大提高了生产效率、凸模寿命； ’ 件 ／ 日，将 需量最多的一种每日近万件，冲压完凸模仍完好。 “结语 上述冷挤压工艺及冷挤压工装可以满足自制嵌螺母 紧固件小批量生产的需要；为自行设计或加工其他规格 类型的嵌螺母提供参考。根据嵌螺母零件特点和要求还 可以在进一步提高模具使用寿命方面作些努力，为最终 实现中小批量和大批量生产，不断探索研究出更好的方 法。（收稿日期 ） 年第 期 冷加工 “ ’ * “ ’ “ ’ 模具 “ “