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1、电动工具电锤的偏心轴温挤压工艺及磨具设计1 偏心轴零件分析偏心轴是电动工具电锤的重要传动零件。在工作时承受巨大的冲击载荷,而且电锤的工作环境恶劣、多粉尘，零件易磨损。采用温塑性成形工艺，可以提高工件精度，降低材料消耗，减少或部分取消机械加工。图 零件三维造型图偏心轴材料为0Cr。由头部、盘部、杆部三部分组成，为非对称结构零件。杆部细长，杆部与头部成非对称结构布置，盘部的截面是非轴对称截面。从零件结构上看，头部和杆部都由一个粗大部分与杆子组成，形状细长而狭窄，其长度明显大于其他尺寸。由于零件各个截面积差较大，故可考虑采用挤压工艺.该零件选用的材料为0C,此钢的抗拉强度与屈服强度比相应的碳素钢高2
2、0，并具有良好的淬透性,良好的切削加工性能。2 工艺方案分析即：下料镦粗-退火-表面处理-润滑-冷挤压预成形表面处理-润滑-加热-温挤压 冷挤压预成形图 预成形件三维造型图4 温挤压前润滑温挤压前或工序之间不需要进行软化退火处理，只需进行表面处理及润滑,其中表面处理可参见冷挤压。当挤压温度在250以上时，采用冷挤压时的润滑方法，会使磷化层和皂化层烧毁,使润滑条件恶化，因此,在温挤压时,对润滑剂有更高的要求。采用水剂石墨(成分：石墨、二硫化鉬、滑石粉、纤维素和水）为润滑剂。挤压前将坯料作喷砂或抛丸等处理，清理锈迹、污垢等。然后加热至200左右,出炉浸入水剂石墨润滑剂中，快速捣匀,吊起沥干残液,在
3、干燥处摊开晾干。干燥后的坯料即可进行加热、挤压。浸涂润滑剂后的坯料表面必须留有.0301mm厚的薄膜，呈黑炭色,并有明显的黑灰色小点;若不然必须重新浸涂。加热成形温度是温挤压工艺能否顺利进行的关键因素.确定温挤压成形温度的原则是:(1) 选择在金属材料塑性好，变形抗力显著下降的温度范围。(2） 选择在金属材料发生剧烈氧化前的温度范围，以保证在非保护性气氛中加热时氧化极微。（3) 选择的润滑剂能达到最小摩擦因数,不因高温或低于其使用温度而失效。(4) 选择在金属材料成形后能强化和不改变其组织结构的温度范围。图 0Cr的温度强度曲线随着温度的升高，塑性指标上升，但存在两个“低谷，分别在00和00.
4、60即为40的“蓝脆”温度，在8出现的金属塑性下降的现象，称为“蓝脆”。钢的挤压温度因在红脆温度以下,蓝脆温度以上.为满足挤压时对钢塑性的要求，在温挤压高强度的材料时往往选择在钢的相变温度进行挤压。在相变区挤压，即铁-碳平衡相图Ac1与A3线之间挤压。此时，很多高强度钢及合金在相变区内正处于珠光体向奥氏体转变，塑性好,变形抗力小，有利于挤压成形.温挤压时，1、1、0、35、40、45、50号钢和4C、45、0Crni、1Ci3等碳钢和低合金结构钢，在机械压力机上温挤时,为650800；在液压机上温挤时,为50080。40Cr的温塑性变形温度通常在600800之间，高于0时工件的氧化变得剧烈，低
5、于600时工件的变形抗力迅速增大。由于工件的变形程度较大，故将温挤压温度定在50，在这温度下40C的变形抗力为常温下的5%，氧化极微。考虑到加热温度的波动，最终将始锻温度定为7502。由于温挤压坯料加热时不得不出现严重的氧和脱碳现象,对炉温控制的准确性要求高，故尽可能采用电加热方法，如感应加热和电阻炉加热等。火焰加热仅限于煤气或天然气加热，一般情况不采用煤或油加热。加热装置采用20H、100kw的中频感应加热炉。6 温挤压成形在冷挤压基础上将零件头部的小凸杆和凸轮温挤压成形，如下图所示：图 成形件图 车加工塑性成形后，由于挤压机械加工精度及零件尺寸公差无法达到图纸要求,部分尺寸需要进行切削加工
6、至零件尺寸。8 温挤压成形变形程度成形件具体尺寸如上所示。由于温挤压时温度达到750,预成形件由于热胀冷缩体积会有所增大，现定坯料膨胀率为1，则尺寸相应增大。2828.mm；。58.59mm。A=90.8%由于40C在700的极限断面收缩率不得大于8.随着温度的升高，极限断面收缩率呈线增大，显然在50时断面收缩率为9。8%是可行的。因此，成形件可以一次挤压成形。9 温挤压力计算温挤压力的计算也采用图算法，参见文献4P124。根据断面收缩率A=0。,挤压温度750,查图（文献4P2图124）得40r的凸模单位挤压力p约为1700MP.实际挤压力：F=pA （.）式中,A是指凸模面积.A=凸轮面积
7、8.92=89.94mm温挤压力FpA=1709794=126。5KN0 成形挤压设备选择 根据温挤压力125K,并取安全系数13,则液压机公称压力要求大于1984KN。由于预成形工序中所用液压机公称压力为00KN，故成形工序可采用同一台液压机，即，四柱万能液压机Y320。11模具结构设计1.1 成形凸模尺寸计算根据成形件形状设计凸模，由于零件上部有一个直径8.m的轴，因此要在凸模上开一个孔，同时由于成形模使用的是导向套进行导向,因此凸模与导向套之间有很高的配合要求。凸模成形直径8m小轴部分的工作尺寸按公式4.计算。850。30。60。30mm D凹=（8。）+0。06 =8.15+006 m
8、m成形凸模具体尺寸如下图所示。图4. 成形凸模由于凸模对抗压性能有很高的要求，故选用材料：r2W8V。3Cr2WV是热作模具钢,具有较高的变形抗力、耐磨性及断裂抗力，还具有高的回火稳定性。热处理硬度要求达到HRC4852.11。预应力圈组合凹模由于温挤压时单位挤压力达到了00MP，故预成形模也必须采用三层组合凹模。成形模组合凹模我选择d4=4d1,再依次算出其他参数.1=37mmd2=15d=57 mm3=2。451=91md4=41=18 m2=2d2 （2=00106） =.01065=6 m33d3 (3=0.06） =006910。56mC22 (20。04) =0。057=11。63
9、 m3=d (=0.12) =0121=0。2 m根据以上数据，可以设计出中套,如下图所示.图 成形模中套中套与凹模和外套是过盈配合。中套的材料必须具有足够的强度与韧性两方面的综合性能,由于是温挤压，这一材料还必须有较高的耐热性,所以选择45或5CrMnMo，其淬火硬度为HRC404。并且要进行0的低温回火以消除内应力.根据以上数据,可以设计出外套，外套材料为40Cr,其淬火硬度为HRC04。由于温挤压时必须对凹模进行冷却，故在外套上开冷却水道和水槽，加工时使用循环水进行冷却。外套具体尺寸如下图所示。图 成形模外套 由于成形模使用导向套进行导向，导向套靠外套固定,因此外套加工时必须注意内部的同
10、轴度问题，外套内壁必须一次加工完成。11。3模具结构图为温挤压成形模具装配图。模具闭合高度为32m。由于偏心轴为非对称零件，上、下模相对位置必须固定可靠，因此为了防转，在上、下模相应零件都加了mm的圆柱销，此外，凸模和凹模都使用大螺母固定。图 成形模总装图模具在工作前必须充分预热,使用煤气喷灯加热,加热至20才能工作。在温挤压时如何使模具充分冷却,又不使坯料过度降温？是设计温挤压模具结构时必须认真考虑的问题.特别是在中高温温度下(50080）的温挤压成形,模具冷却系统的设计显得尤其重要。合理的冷却方法可以保证温挤压的连续成形并有利于延长模具寿命.12 模具材料及热处理 温挤压模具的服役条件很苛
11、刻,与热挤压相比，除了承受同样的热应力外，还要承受比热挤压大得多的单位负荷；与冷挤压工艺相比,虽然温挤压模具所承受的单位负荷要小的多,但是成形时坯料的热效应要远大于冷挤压，不加冷却的话,足以使温挤压模具产生回火软化.因此,根据温挤压的成形温度不同,选用合适的模具材料及其热处理工艺,并在模具设计时注重模具的冷却装置的合理设计，即能充分发挥温挤压模具的潜在寿命，保证挤压件的质量和降低模具成本。温挤压模具工作部分零件仍选用3r2W.3r2V锻后应及时进行退火，消除钢中的残余应力,同时降低硬度有利于后道的切削加工。热处理工艺是决定模具寿命的重要工艺环节。3C2W8经过热处理淬火后，其韧性、高温强度和硬度及抗回火稳定性等都有很大提高。3Cr2W8V的热处理工艺如下：（1） 预热，温度范围为00850；（2） 淬火温度：105010;（3） 冷却：油冷;（4） 回火:回火温度为60630;（5） 硬度:HR495。（6） 文中如有不足，请您指教！（7）（8） /
