万向节轴承套热挤压模具设计
一、前言 生产实践证明，热挤压是一种生产效率高、劳动强度低、加工质量好、省料、省工和成本低的金属压力加工方法。这种先进的加工方法，可以取代或部分取代金属切削加工，为机械加工实现少无切削创造了条件，现以解放CA10B万向节轴承套为例，介绍其热挤压模具设计。 图1是解放CA10B万向节轴承套的产品零件图，材料为15Mn。从零件形状看，该零件应采用反挤压工艺；从零件的尺寸精度和表面粗糙度要求来看，均超过热挤压所能达到的要求，故应放一定的加工余量，以留作热挤压后的机械加工。
图1解放CA10B万向节轴承套产品零件图 二、挤压件图的设计 根据图1的产品零件图，可知D＝39mm,H/d=17.5／31＜1.6，查表1求得单边余量为1mm，径向公差为 +0.5高度方向公差为+1.0和中心偏差为0.3mm。可绘制轴承套的热挤压件图，如图2所示
图2万向节轴承套热挤压件图 表1钢质机械零件热挤压件的余量和公差 
三、模具的设计与计算 1.反挤压模结构 我厂所用反挤压模如图3所示。由图中可以看出，凹模24以凹模垫板15与下模板12定位。凹模与凹模压紧圈18采用锥面配合，用内六角螺钉19与下模板紧紧连接。 由顶杆导向套16和顶杆17组成顶出机构，在气垫的作用下将挤压件从凹模内顶出。顶杆导向套的一部分伸出下模板，主要是为了解决压力机闭合高度不够而采取的措施，将热挤压模安装到压力机上时，它将伸进压力机工作台孔内。
图3反挤压模结构图 脱料板22和带凸肩螺钉13及弹簧7组成卸料机构，用于将箍在凸模23上的挤压件脱下，弹簧的作用是支承脱料板，并能保证脱料板和带凸肩螺钉上下移动，从而减少凸模的长度，弥补压力机行程不够大的不足。 凸模23与凸模压紧圈4也采用锥面配合，以凸模压紧圈的凸肩和上模板2的凹槽定位，用内六角螺钉3与上模板紧紧连接。 导套6和导柱11用压配合分别压入上模板和下模板而组成导向系统，使热挤压模有较高的精度和工作可靠。由于导向系统的连接，从而构成了一套完整的反挤压模。 将自来水由管接头20通入，实现凹模冷却。反挤压凹模可做成整体式或镶套式。 在反挤压模的侧面，由上砧块5，下砧块8，高度调节块9，柱销21和调节螺钉14等组成镦粗台。设置镦粗台的目的，主要是为了清除氧化铁皮和改变坯料直径。 整副反挤压模在压力机上安装时，是靠模柄1与压力机定位的。由图3可以看出，只要更换凸模，凹模和脱料板，便可生产不同规格的反挤压杯形挤压件。 2.反挤压凹模主要尺寸的计算 组合式挤压凹模如图4所示。其尺寸的计算，通常是根据挤压件的外径先算出凹模型腔的工作直径，然后根据凹模型腔的工作直径算出其它各部分尺寸。
图4反挤压模凹模 (1)凹模内腔直径(即工作直径) D＝D`+δ`D` 式中D——挤压件的外径，mm δ`——钢的收缩率，可取δ`＝1.2%～1.5% (2)凹模外套底部外径 D1＝(2.5～3.0)D (3)凹模外套底部垫板孔直径 D2＝D1-(20mm～30mm) (4)凹模内套承压面直径 D3＝(1.3～1.7)D (5)凹模内套外径 D5＝(1.2～1.3)D (6)凹模内套高度 h＝h0+(3～5)R 式中h0——坯料在模腔中的高度，本模具取h0＝35mm
R——凹模入口处圆角半径，一般取2～5mm (7)凹模与模板定位高度 h`＝(0.1～0.2)D (8)凹模外套高度 H＝h+h (9)凹模外圆锥度 α＝(10°～15°) (10)凹模型腔的内壁锥度(即出模斜度) β＝(0°10`～0°20`) 反挤压凹模的材料，一般可以用3Cr2W8V和5CrMnMo，热处理硬度为HRC50～55，模具寿命一般可达3000件左右。 3.反挤压凸模主要尺寸的计算 在进行反挤压凸模(图5)主要尺寸的计算时，首先必须满足挤压件图的要求，在确定凸模工作直径d的基础上才能计算其余各部分尺寸。
图5反挤压模凸模 (1)凸模工作直径 d＝D＂+δD＂ 式中D＂——挤压件的内径，mm (2)凸模端部直径 d2＝(0.5～0.7)d (3)凸模杆部直径 d1＝0.95d (4)凸模紧固部分直径 D＝d+(1+2htanα) (5)凸模自由部分高度 H＝(2～7)d1 (6)凸模紧固部分高度 h＝(1.3～1.8)d (7)凸模工作部分高度 h1＝(0.3～0.5)d (8)凸模变径过渡部分高度 h2＝(0.3～0.7)d1 （9)凸模紧固部分锥度 α＝(10°～15°) (10)凸模工作锥度 β＝(120°～160°) 反挤压凸模的材料，一般可用3Cr2W8V和5CrMnMo，热处理硬度HRC55～60，模具使用寿命可达3000～5000件。
图1解放CA10B万向节轴承套产品零件图 二、挤压件图的设计 根据图1的产品零件图，可知D＝39mm,H/d=17.5／31＜1.6，查表1求得单边余量为1mm，径向公差为 +0.5高度方向公差为+1.0和中心偏差为0.3mm。可绘制轴承套的热挤压件图，如图2所示 图2万向节轴承套热挤压件图 表1钢质机械零件热挤压件的余量和公差 三、模具的设计与计算 1.反挤压模结构 我厂所用反挤压模如图3所示。由图中可以看出，凹模24以凹模垫板15与下模板12定位。凹模与凹模压紧圈18采用锥面配合，用内六角螺钉19与下模板紧紧连接。 由顶杆导向套16和顶杆17组成顶出机构，在气垫的作用下将挤压件从凹模内顶出。顶杆导向套的一部分伸出下模板，主要是为了解决压力机闭合高度不够而采取的措施，将热挤压模安装到压力机上时，它将伸进压力机工作台孔内。 图3反挤压模结构图 脱料板22和带凸肩螺钉13及弹簧7组成卸料机构，用于将箍在凸模23上的挤压件脱下，弹簧的作用是支承脱料板，并能保证脱料板和带凸肩螺钉上下移动，从而减少凸模的长度，弥补压力机行程不够大的不足。 凸模23与凸模压紧圈4也采用锥面配合，以凸模压紧圈的凸肩和上模板2的凹槽定位，用内六角螺钉3与上模板紧紧连接。 导套6和导柱11用压配合分别压入上模板和下模板而组成导向系统，使热挤压模有较高的精度和工作可靠。由于导向系统的连接，从而构成了一套完整的反挤压模。 将自来水由管接头20通入，实现凹模冷却。反挤压凹模可做成整体式或镶套式。 在反挤压模的侧面，由上砧块5，下砧块8，高度调节块9，柱销21和调节螺钉14等组成镦粗台。设置镦粗台的目的，主要是为了清除氧化铁皮和改变坯料直径。 整副反挤压模在压力机上安装时，是靠模柄1与压力机定位的。由图3可以看出，只要更换凸模，凹模和脱料板，便可生产不同规格的反挤压杯形挤压件。 2.反挤压凹模主要尺寸的计算 组合式挤压凹模如图4所示。其尺寸的计算，通常是根据挤压件的外径先算出凹模型腔的工作直径，然后根据凹模型腔的工作直径算出其它各部分尺寸。 图4反挤压模凹模 (1)凹模内腔直径(即工作直径) D＝D`+δ`D` 式中D——挤压件的外径，mm δ`——钢的收缩率，可取δ`＝1.2%～1.5% (2)凹模外套底部外径 D1＝(2.5～3.0)D (3)凹模外套底部垫板孔直径 D2＝D1-(20mm～30mm) (4)凹模内套承压面直径 D3＝(1.3～1.7)D (5)凹模内套外径 D5＝(1.2～1.3)D (6)凹模内套高度 h＝h0+(3～5)R 式中h0——坯料在模腔中的高度，本模具取h0＝35mm R——凹模入口处圆角半径，一般取2～5mm (7)凹模与模板定位高度 h`＝(0.1～0.2)D (8)凹模外套高度 H＝h+h (9)凹模外圆锥度 α＝(10°～15°) (10)凹模型腔的内壁锥度(即出模斜度) β＝(0°10`～0°20`) 反挤压凹模的材料，一般可以用3Cr2W8V和5CrMnMo，热处理硬度为HRC50～55，模具寿命一般可达3000件左右。 3.反挤压凸模主要尺寸的计算 在进行反挤压凸模(图5)主要尺寸的计算时，首先必须满足挤压件图的要求，在确定凸模工作直径d的基础上才能计算其余各部分尺寸。
图5反挤压模凸模 (1)凸模工作直径 d＝D＂+δD＂ 式中D＂——挤压件的内径，mm (2)凸模端部直径 d2＝(0.5～0.7)d (3)凸模杆部直径 d1＝0.95d (4)凸模紧固部分直径 D＝d+(1+2htanα) (5)凸模自由部分高度 H＝(2～7)d1 (6)凸模紧固部分高度 h＝(1.3～1.8)d (7)凸模工作部分高度 h1＝(0.3～0.5)d (8)凸模变径过渡部分高度 h2＝(0.3～0.7)d1 （9)凸模紧固部分锥度 α＝(10°～15°) (10)凸模工作锥度 β＝(120°～160°) 反挤压凸模的材料，一般可用3Cr2W8V和5CrMnMo，热处理硬度HRC55～60，模具使用寿命可达3000～5000件。
