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1 普通结构的镦粗模
* J0 i+ U% K: v" q* { 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。
: d/ e# p( q1 G- z. k图1 镦粗轴承滚柱用的凹模
1 I7 c, y3 H/ E' _0 `+ e6 I2 O1.凹模座 2.外圈 3.硬质合金垫块
: E! @3 B: n) a" f, q4.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。
1 O0 e3 V6 a' r& p7 I# y# k/ @ 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。
$ o- j! P$ z3 N( j* ~1 H图2 镦粗六角头螺钉用的凹模! u4 v1 V" m: t" x5 I# [. c; p
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。6 E, `/ R m* z" v
2 采用塑性圈的预应力凹模
5 e. M: F( K8 l E, p c 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。
) H5 G) G4 \3 B- d; V) r' ^+ H 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。
+ k: \$ E! _1 P% N. t图3 采用塑性圈建立预应力的凹模6 c! z) x: |. a2 g" T+ m
a——预装配 b——装配后的凹模
) O' o6 M1 M8 r. j1.外圈 2、4、5.硬质合金凹模块
3 J' M3 T' p6 i1 h7 L6 k3.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。
% n; V% |6 F9 W; ~7 B 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。
, t. t* ]* S! x 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。
# b8 c' b% N1 D+ o6 U; z6 n 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。% _* ^4 r* r4 P. X* d
3 参数计算7 {7 v& J5 N5 u. S6 Q5 @. n
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：$ O& f+ I4 P' @# G5 k6 h
式中 f1——沿表面r1的摩擦系数
( v+ ~. m; e0 T/ I f2——沿表面r2的摩擦系数 图4 装配塑性圈时的压力示意图$ c( K* M1 L* g# ]3 `: r8 d8 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：9 R1 s2 Q' w! e2 ]$ g. R5 A* t0 P
http://www.jdzyjs.com/upimg/allimg/c090223/123535152Y20-249B7.jpg
8 J% D3 ?% b& E式中
F j- E( B( j% ?, p* U- v% yΔx——在x截面内的过盈量值" ]: x7 v6 a! ]+ Q! W
E1——凹模块材料的正弹性模量$ H& S! W8 N& o' A2 |
E2——外圈材料的正弹性模量( ]+ t2 ~1 D9 N: T; H$ q! z
E3——塑性圈材料的正弹性模量
8 @/ o8 y7 y: Y! [3 K' U1 o V1——凹模块材料的泊松比3 C' Q/ ~% T) [0 H. J
V2——外圈材料的泊松比
6 f1 ~* j0 A9 W2 B V3——塑性圈材料的泊松比
, l2 U; G6 D9 i( ~& M7 y( b1 h; F- z σt——塑性圈材料的假定屈服极限
) Y( J8 ~+ w$ C6 I9 M9 W 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。
: L' X( Z4 }1 S/ l Q 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。
) a7 W4 @$ \. Z. E 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
6 r6 W8 J! ?9 A& ] 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。& |) R6 ~! x 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％。( C. {9 V* y- U) o8 ]" ?
5 结束语
+ O" Y! X6 v& J G 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