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1 普通结构的镦粗模6 `0 C4 }- }# b$ s6 g; J4 N6 d
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。6 o+ J/ \, \8 Z5 M# A
图1 镦粗轴承滚柱用的凹模5 b. C9 ^3 \$ R9 J$ n' ?
1.凹模座 2.外圈 3.硬质合金垫块
4 z: ^! t: ~7 l/ F% R2 G+ P: d7 j4.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。
A; F( D# ^2 q! l, _2 z- f 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。+ |# e+ m+ C* ?, f, Y- `2 o( Q
图2 镦粗六角头螺钉用的凹模
$ H; A6 y$ B: w- {# X: M1.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。
% m# R$ u( x; j; g$ ?9 R2 采用塑性圈的预应力凹模& }( J) ~, X( c/ X7 J3 {
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。
# t' B. }$ `" H6 b+ u! v 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。
! N1 O. j; x R图3 采用塑性圈建立预应力的凹模
1 a) b/ P7 u! Z( Ya——预装配 b——装配后的凹模 ^" o$ F5 z+ Z x+ ?6 z; T- J* k& T
1.外圈 2、4、5.硬质合金凹模块
+ V! s# M* N& z/ o! l- K7 l3.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。9 r: q8 T/ J, s1 b9 d: [' o8 [! ~
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。
, \" u5 C( T6 O5 x! s- m9 {/ c% h 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。
u7 I4 ^5 \2 R5 C 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。
" W7 g3 J" F: z* ^5 J2 C3 参数计算
* b/ S4 m, W# ^' g d; R5 C 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：
. i1 f, J6 ?2 T式中 f1——沿表面r1的摩擦系数
- `3 j% G( n ]( o4 ^- } f2——沿表面r2的摩擦系数 图4 装配塑性圈时的压力示意图
; L2 i% [# x0 G& A9 T1.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：# Q* D3 e# o- }2 n9 G
http://www.jdzyjs.com/upimg/allimg/c090223/123535152Y20-249B7.jpg0 M1 ?. ?, c# J6 ?9 q$ m5 m
式中
9 X- ]; a. K3 M8 o8 \2 O2 U" B9 `2 UΔx——在x截面内的过盈量值( m/ k8 m7 e/ ]* k2 P7 n
E1——凹模块材料的正弹性模量
1 o, {, j! j4 F8 C7 U% N E2——外圈材料的正弹性模量0 b" g5 `" i; _) D- Z
E3——塑性圈材料的正弹性模量
4 e8 h' S u0 X" u! _ V1——凹模块材料的泊松比6 i. ~1 S. B6 q. G- y% e3 L
V2——外圈材料的泊松比
& }' Q: e! D+ n: c! W K6 g0 l8 y V3——塑性圈材料的泊松比 W, |6 F$ n0 C& V
σt——塑性圈材料的假定屈服极限
1 R( { ^1 [8 C0 `' K 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。; J; U3 c i$ i/ m) r
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。
" k6 ~. ^# d8 ~1 ?: w 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( z8 X& v, A+ r: D; z7 D9 ?. u. m
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。
, P1 |9 R7 A& Z) N 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％。1 R( k( M- n6 @7 f* M
5 结束语! E/ u$ N- t9 w: j: `
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