花鍵冷擠壓加工應(yīng)用

文/Markus Schlein·SACK & KIESSELBACH MASCHINENFABRIK GMBH

花鍵冷擠壓加工應(yīng)用

文/Markus Schlein·SACK & KIESSELBACH MASCHINENFABRIK GMBH

冷擠壓加工是把金屬毛坯放在冷擠壓模腔中，在室溫下通過(guò)壓力機(jī)上固定的凸模向毛坯施加壓力，使金屬毛坯產(chǎn)生塑性變形而制得零件的加工方法。目前冷擠壓技術(shù)已經(jīng)在緊固件、機(jī)械、航空、船舶、軍工等工業(yè)部門(mén)中得到較為廣泛的應(yīng)用，已成為金屬塑性體積成形技術(shù)中不可缺少的重要加工手段之一。

內(nèi)外花鍵的傳統(tǒng)加工方法為滾切、銑削、插削、拉削和磨削，采用冷擠壓加工內(nèi)外花鍵具有尺寸精度高、材料利用率高、生產(chǎn)效率高、強(qiáng)度高和適用面廣等一系列優(yōu)點(diǎn)。

德國(guó)Sack & Kiesselbach Maschinenfabrik Gmbh公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)Sack & Kiesselbach）成立于1891年，是一家位于德國(guó)杜塞爾多夫市的家族企業(yè)，有著120多年的機(jī)械工程經(jīng)驗(yàn)。作為交鑰匙服務(wù)供應(yīng)商，Sack & Kiesselbach為冷鍛、溫鍛和熱鍛領(lǐng)域提供液壓壓機(jī)設(shè)備及工藝解決方案。Sack & Kiesselbach公司可提供的產(chǎn)品包括上沖程翻模壓機(jī)EP和生產(chǎn)型壓機(jī)PP，下沖程傳輸式壓機(jī)TRP，下沖程單工位壓機(jī)OKP和OPM，以及立式花鍵冷擠壓機(jī)VSP，其在市場(chǎng)上已經(jīng)有13年的使用經(jīng)驗(yàn)。此外，Sack & Kiesselbach公司還提供模具工裝系統(tǒng)，上下料系統(tǒng)，工件傳輸系統(tǒng)以及噴涂和檢測(cè)裝置。

冷擠壓加工實(shí)例

AMIS公司生產(chǎn)長(zhǎng)度為65mm的盲孔內(nèi)花鍵法蘭軸零件，圖1為此盲孔內(nèi)花鍵法蘭軸剖面圖，材料硬度為295HB（31HRC），相當(dāng)于1000MPa的拉伸應(yīng)力，生產(chǎn)節(jié)拍要求達(dá)到至少6件/min，熱處理后徑向跳動(dòng)精度在IT8，這意味著公稱(chēng)長(zhǎng)度18～30mm內(nèi)最大公差為33μm，見(jiàn)表1。

圖1 盲孔內(nèi)花鍵法蘭軸剖面

■ 表1 花鍵法蘭軸參數(shù)

圖2 VSP50/30

為了達(dá)到AMIS公司的上述加工要求，Sack & Kiesselbach公司開(kāi)發(fā)了VSP50/30立式花鍵壓機(jī)，如圖2所示。它采用緊湊式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，占地面積約7m2，可以集成到機(jī)加工生產(chǎn)線中，只需要11kW的輸入功率，生產(chǎn)節(jié)拍可以達(dá)到6.5件/min。壓機(jī)配備獨(dú)立的控制面板、液壓?jiǎn)卧碗姎夤?，還可以為壓機(jī)配置自動(dòng)上下料裝置，并且可以從前部或后部更換模具。

Sack & Kiesselbach公司同時(shí)可提供通用模架及模架上可更換部件，如4爪卡盤(pán)、沖頭導(dǎo)向套等，如圖3所示，這些部件使用冷擠壓油潤(rùn)滑。

實(shí)際的冷擠壓過(guò)程通過(guò)下部的花鍵沖頭實(shí)施，可提供最大300kN壓力，上部滑塊可提供最大500kN夾緊力，在擠壓過(guò)程中通過(guò)4爪卡盤(pán)夾緊工件。擠壓完成后，側(cè)向的液壓驅(qū)動(dòng)頂桿提升并張開(kāi)卡盤(pán)，釋放工件以便于取出。

圖3 模具系統(tǒng)

圖4 花鍵表面質(zhì)量

圖5 花鍵表面精度

圖4和圖5展示了使用冷擠壓工藝加工的花鍵表面質(zhì)量和精度。其表面粗糙度可達(dá)到Ra1.4μm，同軸度公差可達(dá)最大30μm（使用2個(gè)φ2mm量球，測(cè)量花鍵直徑和外徑）使用復(fù)合加工工藝在驅(qū)動(dòng)盤(pán)上加工外花鍵。

圖6所示工件為美國(guó)Metaldyne公司的差速器蓋產(chǎn)品。該工件是中空的法蘭盤(pán)，需要加工外花鍵、精整測(cè)量面并加工油槽，所有的加工要在一次擠壓過(guò)程中完成。加工過(guò)程采用自動(dòng)化工藝，要求節(jié)拍達(dá)到至少8件/min。熱處理前的徑向跳動(dòng)公差要求達(dá)到IT6，即在公稱(chēng)長(zhǎng)度30～50mm之間最大公差為16μm，見(jiàn)表2。

圖6 差速器蓋

■ 表2 差速器蓋參數(shù)

Sack & Kiesselbach公司的TRP800全自動(dòng)單工位傳輸式壓機(jī)生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了上述加工要求。生產(chǎn)線包括上料系統(tǒng)、工件傳輸系統(tǒng)、噴涂裝置和復(fù)合模具?；ㄦI沖頭材質(zhì)ASP23，安裝在上模，由液壓銷(xiāo)支撐并帶有脫模功能。精整模具安裝在下模，帶定心銷(xiāo)及液壓頂出裝置，如圖7所示?；ㄦI擠壓過(guò)程中實(shí)際壓力為240kN，花鍵測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表3（所有數(shù)據(jù)為熱處理前的測(cè)量數(shù)據(jù)）。

圖7 下模

■ 表3 花鍵測(cè)量值

結(jié)束語(yǔ)

隨著現(xiàn)代工業(yè)對(duì)部件的結(jié)構(gòu)和彈性、重量、加工方式及工藝合理性的要求不斷提升，花鍵冷擠壓成為越來(lái)越流行的加工方式。與滾壓、拉削、銑削和旋鍛相比，花鍵冷擠壓工藝具有下列優(yōu)勢(shì)：

⑴使用冷擠壓工藝加工的花鍵，熱處理后精度可以達(dá)到IT7～I(xiàn)T8。

⑵加工后的表面粗糙度可達(dá)到Ra1.4μm。

⑶擠壓過(guò)程中形成非斷裂材料纖維，提升了材料的強(qiáng)度，降低了出現(xiàn)裂紋的概率。

⑷凈成形加工工藝節(jié)省了加工時(shí)間，無(wú)毛刺。

⑸在花鍵表面只有擠壓形成的油膜，易于清除。

⑹緊湊式的模具設(shè)計(jì)，可以方便的直接加工盲孔內(nèi)花鍵。

⑺凈成形花鍵冷擠壓可以集成到其他擠壓加工工序中。

Markus Schlein，機(jī)械工程師/銷(xiāo)售工程師，主要負(fù)責(zé)壓力機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)和東亞地區(qū)市場(chǎng)銷(xiāo)售服務(wù)工作。