万向节轴承套热挤压模具设计

摘要：介绍了万向节轴承套热挤压件图的设计和热挤压模的结构，对反挤压凹模和反挤压凸模的主要尺寸进行了计算。

一、前言

生产实践证明，热挤压是一种生产效率高、劳动强度低、加工质量好、省料、省工和成本低的金属压力加工方法。这种先进的加工方法，可以取代或部分取代金属切削加工，为机械加工实现少无切削创造了条件，现以解放 CA10B 万向节轴承套为例，介绍其热挤压模具设计。

图 1 是解放 CA10B 万向节轴承套的产品零件图，材料为 15Mn 。从零件形状看，该零件应采用反挤压工艺；从零件的尺寸精度和表面粗糙度要求来看，均超过热挤压所能达到的要求，故应放一定的加工余量，以留作热挤压后的机械加工。

图 1 解放 CA10B 万向节轴承套产品零件图

二、挤压件图的设计

根据图 1 的产品零件图，可知 D ＝ 39mm,H/d=17.5 ／ 31 ＜ 1.6 ，查表 1 求得单边余量为 1mm ，径向公差为 +0.5 高度方向公差为 +1.0 和中心偏差为 0.3mm 。可绘制轴承套的热挤压件图，如图 2 所示  

图 2 万向节轴承套热挤压件图

表 1 钢质机械零件热挤压件的余量和公差

三、模具的设计与计算

1. 反挤压模结构

我厂所用反挤压模如图 3 所示。由图中可以看出，凹模 24 以凹模垫板 15 与下模板 12 定位。凹模与凹模压紧圈 18 采用锥面配合，用内六角螺钉 19 与下模板紧紧连接。

由顶杆导向套 16 和顶杆 17 组成顶出机构，在气垫的作用下将挤压件从凹模内顶出。顶杆导向套的一部分伸出下模板，主要是为了解决压力机闭合高度不够而采取的措施，将热挤压模安装到压力机上时，它将伸进压力机工作台孔内。

图 3 反挤压模结构图

脱料板 22 和带凸肩螺钉 13 及弹簧 7 组成卸料机构，用于将箍在凸模 23 上的挤压件脱下，弹簧的作用是支承脱料板，并能保证脱料板和带凸肩螺钉上下移动，从而减少凸模的长度，弥补压力机行程不够大的不足。

凸模 23 与凸模压紧圈 4 也采用锥面配合，以凸模压紧圈的凸肩和上模板 2 的凹槽定位，用内六角螺钉 3 与上模板紧紧连接。

导套 6 和导柱 11 用压配合分别压入上模板和下模板而组成导向系统，使热挤压模有较高的精度和工作可靠。由于导向系统的连接，从而构成了一套完整的反挤压模。

将自来水由管接头 20 通入，实现凹模冷却。反挤压凹模可做成整体式或镶套式。

在反挤压模的侧面，由上砧块 5 ，下砧块 8 ，高度调节块 9 ，柱销 21 和调节螺钉 14 等组成镦粗台。设置镦粗台的目的，主要是为了清除氧化铁皮和改变坯料直径。

整副反挤压模在压力机上安装时，是靠模柄 1 与压力机定位的。由图 3 可以看出，只要更换凸模，凹模和脱料板，便可生产不同规格的反挤压杯形挤压件。

2. 反挤压凹模主要尺寸的计算

组合式挤压凹模如图 4 所示。其尺寸的计算，通常是根据挤压件的外径先算出凹模型腔的工作直径，然后根据凹模型腔的工作直径算出其它各部分尺寸。

图 4 反挤压模凹模

(1) 凹模内腔直径 ( 即工作直径 )

D ＝ D`+ δ `D`

式中 D ?浮?—挤压件的外径， mm
     δ ` ——钢的收缩率，可取δ ` ＝ 1.2% ～ 1.5%

(2) 凹模外套底部外径

D1 ＝ (2.5 ～ 3.0)D

(3) 凹模外套底部垫板孔直径

D2 ＝ D1-(20mm ～ 30mm)

(4) 凹模内套承压面直径

D3 ＝ (1.3 ～ 1.7)D

(5) 凹模内套外径

D5 ＝ (1.2 ～ 1.3)D

(6) 凹模内套高度

h ＝ h0+(3 ～ 5)R

式中 h0 ——坯料在模腔中的高度，本模具取 h0 ＝ 35mm
    R ——凹模入口处圆角半径，一般取 2 ～ 5mm

(7) 凹模与模板定位高度

h` ＝ (0.1 ～ 0.2)D

(8) 凹模外套高度

H ＝ h+h ??

(9) 凹模外圆锥度

α＝ (10 °～ 15 ° )

(10) 凹模型腔的内壁锥度 ( 即出模斜度 )

β＝ (0 ° 10` ～ 0 ° 20`)

反挤压凹模的材料，一般可以用 3Cr2W8V 和 5CrMnMo ，热处理硬度为 HRC50 ～ 55 ，模具寿命一般可达 3000 件左右。

3. 反挤压凸模主要尺寸的计算

在进行反挤压凸模 ( 图 5) 主要尺寸的计算时，首先必须满足挤压件图的要求，在确定凸模工作直径 d 的基础上才能计算其余各部分尺寸。

图 5 反挤压模凸模

(1) 凸模工作直径

d ＝ D ＂ + δ?? D ＂

式中 D ＂——挤压件的内径， mm

(2) 凸模端部直径

d2 ＝ (0.5 ～ 0.7)d

(3) 凸模杆部直径

d1 ＝ 0.95d

(4) 凸模紧固部分直径

D ＝ d+(1+2htan α )

H ＝ (2 ～ 7)d1

(6) 凸模紧固部分高度

h ＝ (1.3 ～ 1.8)d

(7) 凸模工作部分高度

h1 ＝ (0.3 ～ 0.5)d

(8) 凸模变径过渡部分高度

h2 ＝ (0.3 ～ 0.7)d1

(9) 凸模紧固部分锥度

α＝ (10 °～ 15 ° )

(10) 凸模工作锥度

β＝ (120 °～ 160 ° )