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1 普通结构的镦粗模
$ V( P% Z, ?$ T% `' M 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。
/ m4 u0 b! ^0 U) I$ n- {图1 镦粗轴承滚柱用的凹模
" u7 G3 l5 R1 K+ s( f1.凹模座 2.外圈 3.硬质合金垫块 . h% m" Y% w! Q9 `
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。
% n1 n8 Z' g2 @, G( I 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。
1 S+ r' K- E9 H图2 镦粗六角头螺钉用的凹模6 H" H+ l% M% s7 p( Y
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。
" i' I& k {2 K: d$ e/ x" X2 采用塑性圈的预应力凹模( p/ i0 ~# I* P" i A( P! U- j7 R
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。# E2 ~2 `! I* D
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。, r5 I. |' d' C( p- r& v
图3 采用塑性圈建立预应力的凹模: Y5 p4 K# y# \( P
a——预装配 b——装配后的凹模
9 i/ d8 x f- c* J1.外圈 2、4、5.硬质合金凹模块 0 h# F( V# n8 r
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。
) s* E/ G9 ~; F 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。9 }% O# m9 M( I$ \. d' 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。4 W( _/ S1 W/ x: u
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) z" r: `3 Z& [- ]3 参数计算4 `! N1 l# g+ F" Z* o" s
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：
0 f5 h( t( @6 v2 ]! ^9 a式中 f1——沿表面r1的摩擦系数6 n, J9 P! n1 \1 M9 \2 Z5 C
f2——沿表面r2的摩擦系数 图4 装配塑性圈时的压力示意图1 s- X' i" v" a o, h3 Y& u. G
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：
2 i6 f2 z0 M1 ~5 Q' H$ z7 ]http://www.jdzyjs.com/upimg/allimg/c090223/123535152Y20-249B7.jpg
/ t9 ~1 l% @ D1 o/ m: y式中 Q) n: @ Q: T9 o
Δx——在x截面内的过盈量值! x4 q5 Z; `' Y) ~
E1——凹模块材料的正弹性模量' g- H( Z! b* G8 ~) ~
E2——外圈材料的正弹性模量2 N0 } J; I; r o$ V2 c
E3——塑性圈材料的正弹性模量# ^" t4 R B5 w4 S
V1——凹模块材料的泊松比
5 p8 B- o4 A% x4 Z; A8 ^$ S& e" q V2——外圈材料的泊松比2 K8 t2 p) F8 ?6 F1 u) j4 l) o
V3——塑性圈材料的泊松比
0 z, G2 o: h5 Q# u σt——塑性圈材料的假定屈服极限
" q! J4 _ c2 v( H- O1 m" { 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 N+ f* `9 h: m u
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。
. y* o0 @* \4 `% M& G8 B# \4 c 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/ X8 ?0 W$ n: V3 \6 W
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。4 l4 z$ ~) H5 i9 s; _# }1 e
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％。: N6 g. S3 B+ ^7 m. c; }3 F
5 结束语
~" j( l" Q: r5 X( C! l) o: W 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