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1 普通结构的镦粗模/ C( ?, V& v8 R
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。
a9 |+ H( i/ t$ C5 U) h7 P图1 镦粗轴承滚柱用的凹模 t7 B: e) x9 B" |; ?; _ [
1.凹模座 2.外圈 3.硬质合金垫块 n( h7 D2 B: }- z" C$ l, w
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。
& s% N; K# [+ r" C' | 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。
. ~2 k" A4 P& o7 j7 }" @8 h图2 镦粗六角头螺钉用的凹模0 G8 s1 R, d5 {. n& w
1.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。5 U9 H9 k. I, s x' `7 n3 [
2 采用塑性圈的预应力凹模1 M$ n- h7 D& ]. e8 X4 }# y; N$ n
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。4 U: H* p* k4 `& U4 w
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。
# g# [: G3 q1 O2 j/ W c! q; |图3 采用塑性圈建立预应力的凹模
, Z( K* X' c' I7 |- Q& e- s& V7 Ha——预装配 b——装配后的凹模
1 o) K1 l& \5 T1.外圈 2、4、5.硬质合金凹模块 0 g ^- r5 @; {
3.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。
# z9 \0 V7 T0 i8 \4 P% H 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。
0 F/ p) u4 L, N 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。
* t j3 {2 G0 P$ Z 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。
/ b( k* w1 A _3 参数计算9 P( J. |& f4 ^6 M8 z
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：2 {# Y0 E/ I9 I/ R2 X# v: F
式中 f1——沿表面r1的摩擦系数! n2 ] d1 v6 u6 s# A7 w
f2——沿表面r2的摩擦系数 图4 装配塑性圈时的压力示意图4 ^% J- S2 J% \3 i, N- x/ ]
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：% A, @7 N# t& R0 v' Y+ f$ A- r( V7 a
http://www.jdzyjs.com/upimg/allimg/c090223/123535152Y20-249B7.jpg
- ]/ }2 t) G$ W8 _, }% W式中* s$ A: J" \8 ?; J
Δx——在x截面内的过盈量值$ G0 k3 l0 U( n4 }8 R3 P
E1——凹模块材料的正弹性模量' N& r/ f5 P% ^7 h5 m' K
E2——外圈材料的正弹性模量
0 Z9 x: G& X& P8 g5 N E3——塑性圈材料的正弹性模量
9 t6 @, H* u* I* W3 @: |4 R, d V1——凹模块材料的泊松比6 f% O1 Y, L1 Z7 v, K
V2——外圈材料的泊松比5 L+ j0 z/ o# R" a; o1 q+ _ J. ~
V3——塑性圈材料的泊松比
, J4 u, c7 H. F+ R' |! ^4 o σt——塑性圈材料的假定屈服极限
) T) N3 ^8 q, U* d6 x 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。0 h7 C; l9 b( m$ V& g* H
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# M# Q2 p5 J, ~% u) A/ H 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7 r+ C7 ^6 ~1 D/ V
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。
" a& g, t' @) N( i, x 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％。
# B4 ]; m- }0 B1 l5 结束语
% ^! h6 K. }! s4 @- {+ k4 e8 ] 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