1、花键轴开模冷挤压中局部镦粗问题的解决和相关光塑性研究黄朝晖付沛福北京航空材料研究院100095吉林工业大学材料工程学院130025收于1999年6月21号摘要：同别的成型方法相比，花键轴的冷挤压成型有很多优点。然而，在入模口处的镦粗问题，仍然没有解决，影响着这种净形技术的广泛应用。为了解决局部镦粗问题，在这篇文章中提出了在模具开口处加一个导向长度的方法。在光塑性的基础实验中，发现了解决问题的一个理论分析模型，并且提出了一个计算导向长度的方法。基于计算结果选出了合理的工艺参数，并且实际工艺中结果良好。关键词：花键轴；冷挤压；局部镦粗；光塑性1/前言最近几年，净形或近净形加工，甚至在制造工件的复杂
2、部分。花键轴的冷挤压成形比切削有更大的潜力，平模的应用越来越广泛，应为它的许多显著的优点，例如节省原材料，生产效率高，产品质量好，成本低。然而，模具设计和工艺参数的选择依赖于非理论的因数和分析系统的缺乏，导致坯料常常在模具入口发生镦粗，导致了在实际生产中挤压的失败。近来，这种镦粗问题主要的解决办法是在主要设备上反复试验，采用试错的方法，这种方法费用昂贵，***了这种先进的生产工艺的广泛应用。挤压力的计算和花键轴冷挤压成形工艺参数曾经有过许多探索者做过研究，但是局部镦粗的问题研究没有过报导。这篇文章重点解决局部镦粗问题和相关的经验和理论分析。2/局部镦粗的形成和解决2/1如何避免局部镦粗的形成在花
3、键轴开模冷挤压的工艺过程中，没有进入模具塑性变形区的工作区不受模具的约束，不会发生变形，这样开模挤压的成形条件为：ps式中p为坯料单位面积上的挤压力，s是坯料的屈服强度。如果ps那么在圆锥形模具入口处的坯料将首先变形，然后被镦粗。最终，金属流动被约束导致开模挤压失败。哪一个参数是模具设计的主要因数和怎么判断开模挤压成功或失败是一个问题。一些关于这个问题的研究是应用***较高的方法。当别的参数固定的时候，有两个临界参数，即临界入模半角cr1和cr2（cr1cr2）。当cr1cr2时，成形条件ps得到满足，并且局部镦粗问题的得到避免。此外，两个临结数随着别的工艺参数的变化而变化，这时，和s是两个重要
4、的变量。图一显示了不同的坯料强度对应的不同临界入模角。如果是在两个交点范围内，则成形过程能够完全获得成功。坯料的硬度越小，则角的范围越狭窄。1/00/90/80/75101520253035HB=160HB=167HB=198（）P/图一临界入模角在不同坯料硬度条件下的变化2/2局部镦粗的解决通常，一个花键的长度由一个完整齿的长度和一个部分齿的长度组成，后半意味着入模角的轴长，在机械设计中，由于轴总长度的***，花键有部分齿通常是短了，这部分导致一个大的模具角度，通常外部的临界角cr2，因此，局部镦粗不可避免。在实验的基础上，一个可以解决局部镦粗问题的可行办法包括在如下：在入模口处加一个导向长度
5、L0为了阻止局部镦粗的扩大以便坯料的其余部分被继续挤出。已经进行过这样一个实验，取L0=4/0mm，挤压，如果挤压成功，则不断的减小L0，直到挤压失败。其它参数如下：R1（齿顶半径）=10/1mm；R2（齿根半径）=3/95mm；Z（齿数）=6；RA=30/59（%）。使用材料为20CrMo钢皂化，结果见表一。当L03/1mm时，可以得到一个理想的花键轴。图二不同导向长度的轴成型状况(a)L0=2/8/(b)L0=2/5表一不同导向长度对成型能力的影响导向长度L0（）43/73/43/12/82/5成型能力好好好好不好不可以当L0=2/8mm时，结果是不稳定的，显示在图二a，一个小的局部镦粗在
6、模具入口处出现，在挤压键的的表面有一些细微的裂缝。当L0=2/5mm时，局部镦粗现象变得严重，在挤压键表面有严重的***，如泪痕状和烧蚀状***。花键轴仅有少部分挤压完成。随着局部镦粗的增加，正常的挤压失败（如图二b）。由以上可以推断出合理的导向长度L0应该可以避免局部镦粗现象的发生，并且挤压也可以成功的实现，甚至当在正常范围之外（cr2）。3/理论分析模型和导向长度L0的计算方法3/1光塑性实验Ito9首先提出聚碳酸脂工程塑料可以代替赛璐珞作为一种光塑性模型材料，并且，聚碳酸脂工程塑料也可以模拟冷成形。在本文中，为了研究上述的局部镦粗问题的解决方法，作者选择了一种物理模拟方法9，通过这种实际的模
7、拟方法来获得一个理论分析模型。模拟材料为聚碳酸脂工程塑料，选择了两个入模角，=300和=450。图三（a）和（b）显示一个没有局部镦粗的纵向切片的等色线图（=300）和一个有局部镦粗的纵向切片的等色线图（=450）。结果发现当cr（没有局部镦粗）时，金属沿着模具连接面流动正常，并且有一个零级条纹区，这表明没有沿着入模角口的塑性变形，当cr2时（=450），坯料形成局部镦粗并进入入模角，并且在这个区的边缘也非常近，这表示扭曲变形的集中。然而，靠近局部镦粗的地方也有零级条纹区。图三（C）显示了一个局部镦粗部分的横切片。有六个对称的条纹区，别的是零度条纹区。这六个条纹区的直径比别的区的直径更大，因为在这些区被挤压的坯料发生了轴向变形，并且扩展到了导向长度连接面，导致了局部镦粗。图三光塑性实验切片（a）没有局部镦粗的纵向切片（=300）。（b）有局
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