支撑套扩口工艺及模具设计

《模具制造》2010年第2期淮安仕泰隆国际工业博览城全球招商热线：0517-86299999（20线）网址：：支撑套扩口工艺及模具设计赵益涛1，聂兰启2，汪发春31.山东交通职业学院机电工程系（山东潍坊261061）2.山东红旗机电有限公司（山东潍坊261031）3.北京有色金属研究院（北京100088）【摘要】通过对支撑套扩口工艺进行分析，介绍了支撑套扩口的冲压工艺和模具设计，计算了扩口力及设备的选择。关键词：支撑套；扩口;模具设计中图分类号：TG385.2文献标识码：B文章编号：1671-3508-2009-10-11-491FlaringProcessandDieDesignfortheSupportSleeve【Abstract】Throughanalyzedthesupportsleeveflaringprocesses,introducedflaringprocessanddiedesignofthesupportsleeve,calculatedtheflaringforceandselectedtheequipment.Keywords:supportsets；flaringprocess；diedesign1引言支撑套是某产品的重要零件，如图1所示。该零件材料为Q235-A，材料规格为ϕ46×6mm的无缝钢管，生产批量较大。图1支撑套2工艺性分析该零件是一个典型的扩口形零件，对该类零件的扩口加工有以下几种：（1）手工工具扩口。手工工具扩口是采用手工工具，在外力作用下，使毛坯口部扩口。该方法具有扩口工具简单、制造成本低，但扩口质量差，生产效率低。该方法适用于直径小于ϕ20mm，壁厚小于1mm管材的单件或少量生产。（2）旋压扩口。旋压扩口是在旋压机床上或普通车床上，利用旋压工具（旋轮或滚轮）使管坯端口沿径向扩张的成形过程。该方法具有工装结构简单、制造成本低、扩口质量好、但生产效率较低。主要适用于壁厚较薄的零件扩口。（3）冲压扩口。冲压扩口是利用冲压模具对管材进行扩口加工，它是使用普通压力机或液压机，因而生产效率高，零件加工精度高，适用于大批量生产。当材料塑性差，变形程度大，在常温下一次扩口变形程度超过极限变形程度，可将毛坯进行加热扩口。根据以上分析，对该零件采用冲压扩口。ϕ467225.8175602342.6°6且模具结构简单、装配尺寸的调整方便可靠，使用凸模与固定板组件结构，大大增强了凸模的强度和刚度，增加了模具的使用寿命，同时相对降低了模具的制造费用。通过以上的模具结构设计和分析，希望能对类似模具设计和制造有一定的参考作用。5参考文献[1]第四机械工业部标准化研究所.冷压冲模设计[M].北京：机械工业出版社，1981.[2]冲模设计手册编写组.冲模设计手册[M].北京：机械工业出版社，2004.􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈··19《模具制造》2010年第2期淮安仕泰隆国际工业博览城全球招商热线：0517-86299999（20线）网址：：3工艺计算3.1扩口变形程度扩口变形程度以扩口后工件直径与扩口前毛坯直径之比来表示，此比值称为扩口系数。扩口系数用K表示。K=（1）式中D1——扩口后零件的直径D——扩口前毛坯的直径该零件扩口系数K===1.565零件相对壁厚=0.13查资料[1]表5-2，钢管的极限扩口系数Kmax=1.58，该零件的扩口系数K小于钢管的极限扩口系数Kmax，即K小于Kmax，故该零件采用一次扩口。3.2扩口部分壁厚计算扩口部分的壁厚与变形程度大小有关外，还与扩口方法有关。当采用冲压扩口时，扩口外缘的壁厚可按下式估算：（2）式中t1——扩口外缘（扩口端部）的壁厚t——扩口前管坯壁厚D——扩口前毛坯的直径D1——扩口后零件的直径对于该零件，t=6mm，D1=72mm，D=46mm。将以上数值代入上式：3.3扩口管坯尺寸管坯长度尺寸，应根据管端扩口形状，按照扩口前后体积不变条件，确定扩口部分所需的管坯长度后，再加上管件筒体部分的长度即可。对于扩口部分所需的管坯长度按照下式计算：l0=×[2+K+（1+2K）]（3）式中t1——扩口外缘（扩口端部）的壁厚t——扩口前管坯壁厚K——扩口系数l——锥形母线长度对于该零件，t=6mm，t1=5.5mm，K=1.565，l=36.6mm。将以上数值代入上式：l0=×[2+1.565+（1+2×1.565）]=44.8mm管坯长度尺寸：H=h0+l0（4）式中h0——管件筒体部分的长度，h0=25.8mmH=25.8+44.8=70.6mm3.4扩口力的计算及设备选择在实际生产中，为简化计算，常采用下式确定扩口力：F=bπdjtσs（5）式中F——扩口力b——系数，其值决定于扩口系数K，查资料[1]表5-4，b=1dj——管坯平均直径，dj==40mmt——扩口前管坯壁厚，t=6mmσs——材料的屈服极限，σs=235MPa则扩口力：F=1×π×40×4×235=118,064N=118kN尽管零件所需的扩口力较小，由于零件高度较高，加之为降低材料的变形速度，有利于零件的扩口变形，故选用四柱油压机Y32—100。4模具结构及工作过程4.1模具结构根据零件图，设计支撑套扩口模如图2所示。图2支撑套扩口模1.上模座2.凸模座3.凸模4.压板5.凹模6.凹模座7.顶料杆8.垫板9.下模座123456789··20《模具制造》2010年第2期淮安仕泰隆国际工业博览城全球招商热线：0517-86299999（20线）网址：：该模具由上、下模部分组成。上模部分由上模座1、凸模座2和凸模3组成，下模部分由压板4、凹模5、凹模座6、顶料杆7、垫板8和下模座9组成。4.2模具工作过程工作时，将毛坯放置于凹模5内，并用顶料杆7的端面进行定位。上模部分下行，凸模3接触毛坯并进入毛坯的中心孔，上模部分继续下行，上模4的锥面开始向毛坯壁部施加压力，毛坯壁部在凸模3、凹模5的共同作用下，完成对工件的扩口成形。上模部分回程，毛坯在凹模5内，利用油压机下顶出缸将零件顶出。5模具设计（1）为了便于模具拆装方便，凸模与凸模座，凹模座与凹模之间采用止口定位，并按照配合。（2）为避免在调整模具过程中，凸模与凹模发生刚性接触，而发生模具损坏，在设计顶料杆时，在顶料杆的端部，开有盲孔，以便于凸模前端进入并起导向作用。（3）模具工作面，定位面尺寸均应按照坯料及零件图相应尺寸制造。（4）为保证模具具有较高的使用寿命，凸、凹模选用Cr12或Cr12MoV材料制造，热处理硬度56～60HRC，并对工作部分进行氮化处理，氮化深度0.35~0.40mm。凸模如图3所示，凹模如图4所示。图3凸模图4凹模（5）为加强凹模对扩口毛坯的约束，提高不变形部分抗失稳能力，应尽量减小凹模型腔与毛坯之间的间隙。但间隙过小，不便于毛坯的放入和取出。凹模型腔与毛坯之间的间隙一般取0.1~0.2mm。6生产中应注意的问题（1）管坯端面的加工质量是直接影响扩口成形能否顺利进行的重要因素。粗糙的管坯端面在扩口变形过程中往往由于应力集中而导致口部开裂。因此，通常要求管坯端口应当光洁。（2）为保证管坯扩口成形顺利进行，需对管坯扩口部分进行润滑处理。由于该零件的扩口变形程度接近钢管的极限变形程度，必须对管坯进行磷化-皂化处理。7结束语该模具试模一次成功，降低了生产成本，提高了生产效率，产品质量稳定，效果较好。8参考文献[1]王同海.管材塑性加工技术[M].北京：机械工业出版社，1998.ϕ46+0.042+0.026ϕ1000-0.035ϕ140ϕ0.02Aϕ0.02A0.02A110101.6A0.80.80.80.80.8R10R1040°1.6ϕ72±0.1ϕ125621.61.642.6°ϕ68ϕ40+0.0250M35×1.5-7Hϕ3642.6°ϕ33.7-0.080-0.119ϕ31.8-0.080-0.11931°51170502420354-ϕ101×45°1.61.660.80.80.80.80.85R3均布􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀦈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀦈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀦈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀤈􀦈欢迎订购2009年《模具制造》合订本2009年《模具制造》合订本定价：120元/本，欢迎订购。联系电话：0755-83892668。··21