JB/T 5112-1991 冷挤压预应力组合凹模 设计计算图

中华人民共和国机械行业标准冷挤压预应力组合凹模JB/T5112-91设计计算图1主题内容与适用范图本标准规定了冷挤压预应力组合四模设计计算图。本标准适用于设计冷挤压预应力组合模。2结构和设计凹模内團是挤压模具的工作部分,它接纳毛坯件并成形工件的外部形状。根据实际提出的各种要求,凹模内圈可以做成不同形式。图1表示凹模内圈4种构成7924123158实心件正挤压5b杯形件反挤压图1凹模构成1—凹糢内围2—凹模内圈,上部分;3-凹模内圖,下部分;4-凹模垫块;5—预应力围;6一凹模内圖内径7—凹模内围入口圆角半径;8-四模内圈人日锥面;9一密封锥面:10—凹模底部入口圆角半径11一凹模锥角n12—凹模底部出口圆角半径;13—四模成形工作带;14—出旷直径:15--非磨削圆角半径;16—非磨削部分;17一非磨削锥面2.1凹模内圈和预应力圈的设计中华人民共和国机被电子工业部1991-07-15批准1992-07-0↑实施111JB/T5112-912.1.1变形力变形力主要取决于工件材料的流动应力、工件变形程度、加工时温度、变形速度、变形方法的类型、凹模内圈的几何形状、坯件的几何形状、润滑和外摩擦。2.1.2凹模内圈的结构和预应力圈挤压凹模一般要受很高的负载。所以挤压凹模常常做成門模内圈通过…个或两个预应力圈来预紧的组合形式2.1.3材料的选择凹模内圈和预应力圈材料的选择。除应考虑强度和磨损性能等问题外,经济观点也很重要。2.2挤压凹模典型结构挤压凹模典型结构列于表1表1挤压凹镆典型结构类型结构简图应用与特征适用挤压需用挤压力较低的铝、锌或其他金属的薄壁横向分割型i套筒反挤压凹模要求上部分(2下部分(3)精确对中,并沿轴线夹紧纵向分割型当挤压好的工件留在凹模内瀏时,能用凹模垫块(4)把反挤压門模它顶出优先用于单位挤压力很髙时和杯形件外廓有较大的过横向-纵向分割波圆弧型反挤压叫模FNRa另外(2)与(3)应保持较小的接触面积,并沿轴线紧固,以保证有较高的接触应力主要用于单位挤压订不特别高时,如常用冷挤压钢相对断面减缩率E≤6时整体凹模内恩門模底部入凵圆角平径尽叮能人凹模锥角2a应在9(°~12t3心》间正挤压凹模凹模底部出口圆角半径应很小.常以出仍直径来选掸根据岀凵直径,凹模上作带高度应为2~mm,非磨削部分应大于出口直径及其允许的磨损量之和用于常用冷挤压钢相对断啣减缩率宀66%时或因挤纵向分割型压作的形状要求有较的凹快锥角(如>45)时正挤压凹模凹模内圈镶块(la)通过其直径的门.2%~D.4%的热压配合量来预紧112JB/T5112-91续表1类型结构筒图应用与特征横向分嚮型常用于相对断面减寤率高变形力很高或工件材料的真正挤压凹模实应力较高的情况下2.3预应力圈的应力和尺寸计算2.3.1一般要求挤压凹模必须承受在成形时形成的应力。首先是承受作用在内壁上的高的内压力。然面,在内孔高度范围内,内压力并非常数。确切地说内压力集中在工件所处的内孔区域内。因此,在成形过程中,无论是内压力还是压力空间高度都要发生变化为了计算应力,必须把假设简化为:静负荷在整个内孔上分布均匀的内压力;在装配之前无内应力。若把凹模视为厚磨空心圆筒,根据这些假设就可以进行计算。在不考虑轴向应力的情况下,对承受内压力作用的单层厚壁空心圆筒,可得到切向应力a和径向应力a,如图2所示。图2在内压力作用下,厚壁空心圆筒中的理论应力曲线其最大的主应力差a={o1|+|0,因为1和a有不同的符号,故在孔壁土它的数值达到最大。若按 Tresca(剪应力假说)屈服条件,为了避免塑性变形,则其等效应力σ.就不得大于模具钢的屈服极限在单层厚壁空心圆筒的内壁上,应力σ和σ几乎是同样大的,并看作是内尿力值。如果筒为无限厚的,则内压力不得大于模具钢的屈服极限的一半。亦即,当钢的屈服极限a为2000N/mm2时,内压力内不得超过1000N/mm2为了挤压凹模能在较高的内压力下工作,就必须考虑不受力的状态下其内壁上能有切向预压应力使得在内压应力作用下产生少于无预压应力时的切向拉应力。这样的预应力是通过个或多个预应力圈由过盈配合得到的。2.3.2挤压时内压力的大小为了计算应力,必须采用的内压力大小,取决于成形时的挤压力,即凸模单位压力p。当相对断面减缩率印>30%,在杯形件反挤压时,挤压凹模内壁上的径向压力大约与阡模垫块的压力相等。依图3中所示的符号可得出:113JB/T5112…91≈Pu=EF·凸z膜Pd」機垫块图?模其上的压力凸模单位压力;工件底部压力;一内压力该前提也适用扌实心件和空心件的挤压,其内压力很容易从变形力亦即凸模力Fm除以原毛坯横截面而积46得到,即(2)2.3.3设计参考值图4加双层獗应力圈的凹模图4中列出的有关名称的参考数值列于表2中,可用做粗略的佔计表2预应力圈设计参考值内压力p求的直径比需要的预应力圈数配合卣径Dd≈:=1?04…51000~160046≈).3D·d>>1600…2004~6tid!ld2I)=!:(1.6~1.8》/(2.5…3.2)!(4~6)过盈尺寸(压缩量):h1或d2的0.2~0.12.3.4单层和双层预应力圈计算依照2.3.1所述的假设前提,就能找到应用预应力圈的最佳尺小。“最佳”尺寸该是能承受一定压力所具有的最小尺寸。亦即,让每一个圈在它所受的压力下达钊它的极限负荷。这时,必区别过盈配合的两种形式。一种形式允许在凹模内壁「出现切向拉应力,另-种则不允许在凹模内圈内壁上出现切向拉应力。对于钢质的四模内圈计算如下:已知参数内压力N/mtnr'凹模内圈的屈服极限N/ mm第一个预应力圈的屈服极限N rrm2第二个预应力圈的屈服极限Nm凹模内圈的内径E弹性模量(假设所有过盈配合件都相同)kN/mm相对内压应力pp!4114JB/T5112—91K1,K2屈服极限比K1=an/aK2=os/a所求参数第一个结合面直径mm第二个结合面直径mm最外部直径第一个结合面的过盈尺寸tm第一个结合面的过盈尺寸2.3.4.1允许凹模内圈承受切向拉应力预应力圈的直径和理论过盈量可用式(3)确定:a.单层预应力圈d,=d, Q,(3)D=d/Q……………………………………………(4)d,gkZ、=EKQ1)式中a=yz(+k;)-申“·鲁?声中中P甲中萨自甲q甲节如中4·于争品。·自Q2=Q1√Ku(7)Q=Qb.双层预应力圈d=d/Q…(9)d2-d1/Q2……………(10)D=d/Q鲁鲁量鲁鱼D……………(1t)d1a12内E 1-Q2 Q3(12)22=42;1(-)EK(13)式中:K1R,一2p…(14)Q2=Q1√K1………………………(15)√K(16)Q=Q1Q2Q3…………………………………………*(17)用上述公式计算的单层预应力圈的结果以图形示于图5中。屈服极限比K1=1.2的双层预应力的结果示于图6,依法可以作出K1为其他数值的相应图形。对于双层预应力圈必须验算,凹模内圈以过盈配合安装在一起时,是否预压应力过大。如果值为0.95~1时,必须检验p是否小于1-Q。否则,由于凹模内圈不允许有高的预应力,就必须用较大的K1或K2的值进行计算。应用举例:已知值:=2000N/mm2a2=1400N/mm2p,=1 400N/mm d=25 mm E=210 kN/mm计算得:力=0.7K1=1,43以内与K1作为自变量和变化参数,在图中查得对应的直径比及过盈量导值并计算之。115j/T5112-91即可得:d1=2.6×25=65mmD=5.7×25=142.5mmZ1=6.8×25×2000×10-3=340m以下诸图用法相同。2.3.4.2不允许凹模内圈承受切向拉应力直径和理论过盈量可用下面的公式来确定a.单层预应力圈1=d/Q18)(19)21=411A1d)……………………………………(20)式中……(21)2K:22)QQ(23)b.双层预应力圈d1=d/e2……………………………………(24)d2=d1/Q2…………………………………(25)D)=d/Q…………(26)之。d1n1色(-1+2…………………………(27)Qz2EK(28)式中3K1P。K2户(29)Q2=Q,SKip(30)Q3=Q1VKp……=Q1Q2 Q用上述公式计算的单层预应力圈的结果以图形示于图7中,屈服极限比K1=1.2的双层预应力圈的结果示于图8,同样可作出K1为其他数值的相应图形。这里也必须检验应力是否过大。要不出现超负荷,若p值为0.89~1,则<(1-Q2)/(1+Q)……………(33)2.3.5加工精度对过盈量的影响理论上的过盈量,在实际加工中是不能够准确地得到的。因此,在一般的制造精度中要求凹模装配中的实际过盈量与计算过盈量之差小于计算过盈量的10%。如果实际过盈量小于计算量,则预应力圈能承受较少的内应力,由于四模内圈没有过高的预应力,致使提前出现流动变形。另一方面,当实际过盈量比计算量大时,预应力图上就可能提前达到屈服极限,所以,加工的公差带应尽可能的窄。推荐直径公差为IT6级。116JB/T5112—91yyyyxyw.6b-Ny8t=l￥yynJ/T29五卡划取上网18JB/T5112-91↓Y07新绵盟R甚哥R划撼養同K、日z"=1y9【=y1JB/T5112.91烂R长翻∞JB/T5112-913材料的选择3.1四模内圈用钢般说来,韧性和强度应尽可能高。对所有淬透的模具钢中,包括高速钢在内,在室温时的加压屈服极限主要是与硬度和显微组织有关。此外必须了解凹模内圈用的钢对温度升高有何反应。工作时,局部温度能达到200C或者更高,特别是大批量多工位挤压生产。若热处理没有选择足够高的回火温度,则会导致硬度值下降。在大多数情况下,凹模内圈推荐使用的钢种有W6Mo5CrV2和Cr12MoV。硬质合金也可以用做凹模内圈。但俱选用时必须认真地考虑其优缺点,简要的说,其优点:耐磨强度很高,抗压极限和刚性很高;缺点:韧性低,抗拉强度低,应力集中敏感性高,价格高。因此,只有在大批量生产,制件公差很窄时,才使用硬质合金模具。若选用硬质合金模具,就要选择最合适的品种,在大多数情况下,推荐含钻25%~30%的最软硬质合金(950~750H)。如果要求较高的耐磨强度,可选用含钠19%~24%的较硬的品种(1050~950HV)但只有在应力比较低的凹模内圈中才能轴向或纵向分割。冷挤压模具几乎不使用低于含钴19%的较硬的品种3.2预应力圈用钢32.1预应力图用钢的选择与所希望的圈的强度、形状、材料和热处理等有关。同样淬透性也很重要,因为要求的机械性能必须在预应力圈的整个截面上是均匀的用于一般要求的推荐钢种以及选择预应力圈的主要参数见表3。表3用于预应力圈的钢种要求的强度直径1)硬度回火温度20C至各温度的影胀系数|给定硬度弹性模量钢的名称10-"/C下的伸长率EN/ mm2TILIIIHB200C300C400C5c0℃%kN/ mm214001604Cr5 MoSiN1470~530600~55011.712.112.412.8了212100250Cr5MoSiV1440~510;620~5702504Cr5 MoSin1330~390670-59021290014040CrNiMo330~901620-50012.713.213.613.9107002504CCrNiMo270~330670-5501220670010040CrMnMo270~330670~55011.812.413.013.621)对于方形和矩形截面可用等效直径。3.2.2等效截面为正方形或矩形的钢材横截面转换成在油中淬火具有同样淬透性的等效圆截面的直径,如图9所示在个别情况下,需要选用的其他钢种,本标准中不作为推荐钢种。121JB/T5112-91等效直径240220壑2006(1208060406204060801001201401601802022024026028300320340350长度mm图9正方形和矩形钢材横截面转换成在油中淬火具有同样淬透性的圆截面积的等效直径附加说明:本标准由机械电子工业部北京机电研究所提出并归口本标准由机械电子工业部北京机电研究所负责起草本标准起草人武榕、刘蓓令、张蕾。122