高压密封垫圈成形工艺及级进模设计

针对高压紫铜垫圈原机加工工艺存在的问题，提出改用模具加工生产的方案，分析了该垫圈的成形工艺特点，介绍了零件排样设计和摸具结构。 关健词：挤齿成型；排样方案；级进模 1 引言 高压密封垫圈如图1所示，材质为紫铜(T4)。
图1 高压密封垫圈
该零件原在普通车床上车削完成，这种加工方法存在以下不足： (1)费工费时。车削1个垫圈，需要进行刀具刃磨→装夹棒料→加工内、外径→切料→换用夹具装夹→车水线→调头装夹→车水线，每个耗时约15min。 (2)浪费材料。该垫圈外径为φ32mm,需用直径为φ35mm的坯料加工，切刀位为4mm，车头夹位为lOmm，但垫圈实际厚度仅为2mm。 (3)质量欠佳。当一面齿形加工完成，调头装夹车削时，垫圈会因受力而产生变形，难以保证两齿面的平行度要求，同时切削毛刺也难以避免。 由于该零件需用量很大，为提高生产效率，降低成本，改善产品质量，决定利用模具生产垫圈。 2 垫圈挤压工艺分析 冷挤压就是在常温下，使金属在模腔内产生塑性变形，从而获得所需零件形状和尺寸的1种加工方法。因受零件成形特点等条件的限制，作为冷挤压中常用的工艺，多用于单工序模。由于图1零件所具有的特殊性，尝试采用挤压级进模来生产该零件。 图1零件两齿面梢度要求较高。如齿形尖角处圆弧为R0.lmm。上下平面平行度小于0.05mm等，这既是技术要求的关键，也是挤压成形的难点。 该零件高度尺寸有2个，其中大的也仅为2mm，属于1种板形挤压件。经分析，对于该挤压件有如下2种选取毛坯厚度的方案。 方案1：毛坯厚度参照内、外圆高度选取。此时零件成形特点主要表现为上、下齿形剧烈的反向和正向挤压。 方案2：毛坯厚度参照齿形厚度选取。此时垫圈成形重心转为内、外圆高度的径向(向心和离心)挤压。 由于零件的结构限制了齿形部分的金属流动，故从满足关键尺寸成形需求方面考虑，决定采用第2方案，结合材料规格，毛坯厚度取2±0.1mm。 3 排样方案 9工位级进模排样见图2所示，工位1冲导正孔和中心预孔、切两边缺口；工位2导正后冲环形切口；工位4预挤齿形；工位5精挤齿形；工位7冲内孔；工位9落外形。其余工位3,6,8为空工位，空位的设置既保证了凹模强度，又为卸料提供了空间。
图2排样
由于挤压与拉伸同属立体变形工序，两者之间存在某些相似之处，故挤压工序设计借鉴了带料连续拉伸的排样方法。为克服挤压零件径向变形对步距产生的影响。还采取了冲缺口和冲环形切口的方法。需要注意的是，环形切口让位宽度要依据挤压变形量来确定，它比一般拉伸条料切口宽度值大(因零件拉伸使材料向中心收缩而造成切口值变宽，径向挤压时则刚好相反)，设计时取6mm。工位1所冲中心预孔以及工位2环形切口所形成的零件外径初值均留有1mm余量。 材料因受挤压而流动，模内尖角等密封处存留的压缩空气会造成金属不易充满，由于本零件齿间距仅为1.2mm，无法利用模具镶拼块间隙排气，于是采用了齿形二次反压成形法。如图3所示，预挤成形齿形尖角为60°，高度为0.8mm，克服了模内空气阻碍和材料在模内尖角处难以充满对挤压成形的影响，达到了预期效果。
图3预挤与精挤齿形 a-预挤齿形b-精挤齿形
4 模具结构分析 高压密封垫圈级进模结构如图4所示。整副模具采用四导柱滚动导向模架，同时在凸模固定板、卸料板与凹模固定板之间用4根φ14mm导柱进行导向，以保证凸模、凹模与卸料板之间的相对位置精度。卸料板由优质柱形聚氨酯橡胶弹压卸料。

图4垫圈挤齿级进模 1.上模座 2上固定板 3.冲预孔凸模 4.切口凸模 5.上垫板 6卸料板垫板 7预挤齿镶件 8.精挤齿镶件 9.冲内孔凸模 10.聚氨酯 11.落料凸模 12.下模座 13下固定板 14.镶件 15抬料钉 16.预挤齿镶件 17精挤齿镶件 18.下垫板 19冲内孔凹模 20落料凹模 21卸料板
带料由送料机构经导正销、弹压和侧压装置导正，两侧抬料钉抬料，以保证条料顺利送进。为方便制造和维修，凹模采用镶拼形式。针对冷挤压变形压力大的特点，挤齿成形用模具钢应具有较高淬透性、高硬度和耐磨性。且热处理变形小，高温状态塑性、韧性好等性能要求。经过比较，凹模材料最终选用Cr12Mo1V1模具钢。 模具工作过程为：上模下行，卸料板通过抬料钉将条料与下模工作面贴合，凸模与凹模对坯料进行齿形的预挤、精挤及落料。上模上行时，抬料钉将条料托起，以便自动送料机构将条料送进。需注意的是：各组成形镶件之间的高度尺寸及公差应严格控制，它是保证制出合格零件的关键因素。 5 结束语 挤齿级进模经试生产，零件尺寸达到了设计要求。在性能方面，试水压30MPa和试气压25MPa均满足技术指标。新加工方法较传统工艺可节约材料50%，提高工效10倍，较好地满足了生产需要。