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1 普通结构的镦粗模
4 H" m; i$ `' h 硬质合金镦粗模的凹模寿命与建立预应力结构有关。硬质合金凹模块是通过冷压或热压法，使各圈之间建立预应力，从而形成组合式凹模，如图1所示。
m% j- T, s( \图1 镦粗轴承滚柱用的凹模1 G- e [& V2 Y
1.凹模座 2.外圈 3.硬质合金垫块 y/ R- |& F$ _7 e1 l0 I
4.硬质合金凹模块 5.中间圈 这种预应力凹模的缺点是：结构复杂、制造工作量大、线性尺寸和角度精度高，且预应力圈不能多次利用，因金属产生蠕变，联接表面的几何尺寸和形状逐渐在变化。
7 r; O Q8 ]9 m& h7 h8 t: } 图2所示为镦粗六角头螺钉用的凹模。六角头是在硬质合金凹模块2和3内成形的。使用时最早失效的就是这2个凹模块，而最早的是凹模块2。在修理时常需将所有凹模块压出，然后换成新的。因凹模块3、4磨损较小，还可利用，这样不可避免将产生各凹模块间的同轴度偏差。受载最大的是凹模块2和3，要保证它们的最佳过盈量甚为困难。$ B ?& @. Z+ N0 f' J6 q
图2 镦粗六角头螺钉用的凹模
5 I% c9 X9 z. K2 B6 ?; Y0 j$ s1.外圈 2、3、4.硬质合金凹模块 本文介绍一种采用塑性圈建立预应力结构的凹模，经工厂长期使用，效果很好。 s J# m1 U% c/ m' J/ {
2 采用塑性圈的预应力凹模) R' [1 c8 }' H& ~$ B, F8 e7 l$ z7 |
采用塑性圈建立预应力的实质在于将塑性圈(中间圈)压入硬质合金凹模块和外圈之间，并镦粗，从而建立预应力结构的硬质合金凹模。
' W8 U( P: d4 x* ^) P 在图3a所示的凹模中，硬质合金凹模块2是用冷压或热压法压入外圈1内的。必须指出，在多次利用外圈时，所有凹模块(见图2)应采用冷压法压入，因在热压后它们不能被压出。由于图2所示凹模块内的过盈量往往小于所需过盈量，故降低了凹模的寿命。图3a所示的凹模块2是用于成形螺杆的，故它们的磨损一般很小，修理时可不必压出。因此在该凹模内，凹模块和外圈之间的过盈量可达最佳。为减少凹模块4、5相对凹模块2的同轴度误差，装配时必须采用带螺纹的定心芯棒3，然后将塑性圈6压入凹模块4、5和外圈1之间的锥形槽内。然后将塑性圈6镦粗，使外圈在卸荷后承受切向拉伸，而凹模块承受压缩。拉伸和压缩程度还决定着实际过盈量。过盈量则与P的大小有关。因此，过盈量可在较宽范围内调节，无需采用精确的研磨和磨削工序。/ C" [6 u+ A2 f0 c. y) Y
图3 采用塑性圈建立预应力的凹模
& t# r' c' ]2 o1 T9 va——预装配 b——装配后的凹模0 C1 m& V4 P; J* e, K
1.外圈 2、4、5.硬质合金凹模块
; g" Y6 ~4 u& _! ?2 `9 B0 Z3.定心芯棒 6.塑性圈 图3b所示是用塑性圈装配后的凹模。塑性圈6与外圈1在凹模块4、5区内将形成组合式圆筒体，其较图2的单一外圈有较大的径向刚度，并且可使凹模块建立良好的工作条件。' V, ], \6 l6 w( j
塑性圈的镦粗分2次进行。第一次镦粗至高度h1=2～3mm的凸边(见图3b)。然后，在凸边上沿A线车α=30°角的槽，再进行第二次镦粗。这时，实际上就是建立预应力结构。当凹模块5上的凸边较大时，应进行车端面，但应留1～1.5mm余量，以用于第二次镦粗和后续卸荷后保证凹模块的轴向应力。
. W! h" X5 W( d- x9 V8 A& E 在图3所示的凹模中，为保证凹模块的轴向应力，在外圈下部设有环形凸台，而在上部设有倒锥体。工艺性较好的还有在下部做成带倒锥体的锁口，因外圈和凹模块的锥面无需精加工。这可显著降低凹模的制造工作量和设备的精度等级。在外圈内和沿凹模块外表面的锥角β，变化范围为3°～20°。在每种具体情况，锥角大小必须按试验结果进行论证和修改，特别对受载大的镦粗凹模。
* S5 a9 L. X4 |. u3 P2 J 增大锥角β将导致凹模块4、5产生较大的轴向压缩，这可防止被镦粗金属流入其间。同时，在镦粗工件的变形力作用下，凹模块相对外圈将产生轴向弹性位移，过盈量减小得较快。因此，在重型动载荷情况下，推荐锥角β=5°～8°，如镦粗轴承滚柱用的凹模。为防止凹模块5崩刃和脱落，β角取10°～20°。但是，在所有情况下，选取的锥角应保证塑性圈压入锥形槽内不产生破裂。5 ^& I; W, P) T' }# ?! b6 `
3 参数计算$ I# F) \* r# T, \* x, K
当凹模块不需要轴向应力时，锥角β可等于零，如图4所示。在镦粗塑性圈2时，压力P应足够大，使所有元件卸压和弹性变形后过盈量Δ等于预先给定值。必须指出，由于摩擦力的影响，在x深度上的压力Px将小于P值。在x截面内，压力减小系数kx可按下式计算：
* {$ B4 [7 \2 ?7 m+ y, n式中 f1——沿表面r1的摩擦系数3 _+ m: Y. g) f3 [
f2——沿表面r2的摩擦系数 图4 装配塑性圈时的压力示意图; B7 T" D s5 F
1.外圈 2.塑性圈 3.硬质合金凹模块 在分析凹模块、塑性圈、外圈系统内的应力和应变时，获得了计算压力值的下列公式：* ?( m% z1 L' G. [: r
http://www.jdzyjs.com/upimg/allimg/c090223/123535152Y20-249B7.jpg9 N6 J$ T/ R% q' c& |$ @
式中7 O0 j. o" I3 G1 i! S' w5 _
Δx——在x截面内的过盈量值) I# S9 h! k9 ^# C3 g! [
E1——凹模块材料的正弹性模量
8 Z y( d/ c4 T8 u) t! U+ H E2——外圈材料的正弹性模量
* ^7 _% w/ M; b2 H/ h E3——塑性圈材料的正弹性模量
- d* C& g _3 U4 [' b V1——凹模块材料的泊松比
2 c( r3 J2 L; J' ?4 }+ i V2——外圈材料的泊松比4 j* |+ f9 k; M( Q8 e7 x, o. d
V3——塑性圈材料的泊松比
1 l9 L7 B7 p! _6 C+ ` σt——塑性圈材料的假定屈服极限
% k& i' N( w& A0 S& y! S 公式(2)中k1=r0/r1，k2=r2/R已考虑了在卸载后塑性圈的弹塑性状态及其对尺寸和过盈量的影响，这时假设压力P沿厚度均布。. O, s! S. b6 B' r0 m" k2 ?. n. \
从式(1)和式(2)可见，必须保证给定过盈量 Δx的深度x愈大，则必须施加的压力P愈大。但是，这意味着在塑性圈配置槽的入口上(当x=0时)过盈量将大于给定值。这可能导致外圈或凹模块的破坏。因此，在计算压力P时，应计算塑性圈的中间截面x=0.5h上的Δx。
B( U; U# i. n7 [, u Z; l 经生产试验证实，上述方法完全适合生产要求。它可消除硬质合金凹模块的切向破裂，并可提高凹模的寿命1～8倍。 4 预应力凹模的装配
( c5 m, e# x7 x0 u0 r* S& n. N 为用塑性圈装配凹模，塑性圈的材料应采用这样的钢种，即在硬度为40～49HRC时应具有必须的塑性。完全满足这要求的钢种是40Cr,30CrMoSi等。塑性圈的壁厚一般取(0.2～0.5)h，它应比配置槽的尺寸小0.2～0.5mm。与塑性圈联接的所有表面，无需磨加工，一般精车已足够，且硬质合金凹模块的外表面可不加工。
7 V9 e* \: K, Z 在修理凹模时，塑性圈可在车床上用车槽法去除，或者用电蚀法蚀除，然后车光。用塑性圈制造凹模，可保证较高的耐用度。镦粗轴承锥滚柱用的凹模，其制造工时可减少38％，而材料用量较图1所示的凹模可减少41％。3 q5 x# K5 Z* [- R0 ^, t4 L
5 结束语 v2 {! A9 Q. L5 A" R* D
采用塑性圈建立预应力结构凹模，可保证模具高的技术使用性能，为提高硬质合金模的寿命，开辟了新的工艺途径。 | 
发表于 2010-6-22 20:39:28