１引言图１所示零件为汽车转子泵的内转子，该零件原采用切削加工方法获得，其生产工艺复杂，产 品质量不稳定，生产效率低，成本较高。采用冷挤压新工艺后，零件的制造工艺简单，实现了近似 净形加工，生产率提高了３～８倍，节约了原材料，零件质量也得到了较大的改善。２工艺分析该 零件材料采用１Cr１５Mn不锈钢，由于缺少这一钢材的有关力学性能资料，所以在拟订冷挤压 工艺方案时，参照不锈钢１Cr１８Ni９Ti来进行考虑。零件上的小孔２．７５和３．１５， 难以挤压成形，应设计后继工序钻削加工。此外，１Cr１８Ni９Ti供应状态强度高、变形抗 力大、塑性差、冷作硬化现象严重，难以进行较大变形量的冷挤压成形，必须对毛坯进行充分的软 化退火处理，使其硬度为HB１３０左右。冷挤压成形工艺的成形尺寸精度可达IT７～IT８， 表面粗糙度可达Ra＝０．４～０．８μm，因此，对内转子采图１内转子零件图（a）零件图（ b）冷挤压件图８．１１３．８－０．０５－０．０３２R３．２８０．０２A５－２．７５＋０ ．０１０３．１５＋０．０１２０１６．５－０．００５－０．０６５７－０．０２５－０．０４ AR３．２８３．２（a）（b）用冷挤压成形工艺再配以适当的后处理工序（如磨），能够满足 零件设计要求。３毛坯的制备及处理３．１坯料形状尺寸的确定坯料的形状和尺寸对冷挤压件的充 填性能和具寿命影响很大。根据内转子的形状特点．同时为便于送料及有利于坯料的定位，采用一 件挤压件切成５件成品的方案。L＝５L０＋４Δ＋２δ式中：L０———零件长度；Δ———锯 口宽度，设为１mm；δ———余量。L＝５×７＋４×１＋２×２＝４３（mm）按照变形前后 体积不变原则进行计算可得挤零件体积V：V＝Sh＝πd×d×h４＝６５４６．７８（mm３ ）若选用１８mm的钢棒，则每个挤压件的毛坯１８mm×２６mm。３．２坯料的软化退火处理
不锈钢１Cr１８Ni９Ti属于奥氏体不锈钢，其硬HB２２０，强度极限７．８５×１０３M Pa～９．８×１０３MPa，变形力大，冷作硬化敏感性高，若不进行软化退火处理，成形困难 ，模具易开裂。故需对毛坯进行软化退火处理，保证处理后硬度HB１２０～１３０。挤压时再将 毛预热到８０℃～１２０℃以上，对于减少冷作硬化的敏性和降低挤压力非常有利。３．３坯料的 表面处理及润滑与一般的碳钢和低合金钢坯料需要进行磷化化处理不同，为了营造润滑支承层，需 要对不锈钢坯进行草酸盐表面处理（这是因为不锈钢的抗腐性较强，磷酸盐覆盖层无法在不锈钢表 面形成）。体配方为：草酸３７．５g，三硫酸二铁８．７g，硫酸氢３．７５g，硫代硫酸钠１ ．２g，水１L。处理时间２０min～３０min。具体的配制方法是：先将草酸、三硫酸二铁 与硫酸氢钠放入５０℃～５５℃的热水中，加热到６５℃，在不锈钢毛坯放入前再在上述溶液中加 入１．２g的硫代硫酸钠。毛坯在草酸盐处理前应进行酸洗，在草酸盐处理后，挤压前还应进行必 要的润滑处理。４模具设计内转子挤压模具采用带导向装置的实心正挤压模。其结构如图２所示。 为了提高模具的寿命，模具采用组合凹模结构。在模具的制造和安装过程中要注意保证上下模的同 心度，这样在挤压过程中才不致由于偏心受载，造成模具局部过载。凹模的位置可由调节螺钉精确 调节，保证上下模同心。４．１凹模的设计正挤压内转子的质量取决于凹模的质量，因此，正确设 计凹模才能满足零件的质量要求。先不考虑弹性变形，将凹模工作部分设计成与挤压件相同的形状 和尺寸，待到试验成功，挤压件质量稳定后再作最后修正，弹性变形量大约为０．０５mm～０． ０８mm。为了承受较大的挤压力，凹模应具有足够的强度，可采用如图３（a）所示的组合结构 。凹模分上下凹模，下凹模决定了内转子齿形能否挤压成形，它的形状变化对模具寿命有很大影响 。下凹模口部工作锥度应选择合理：锥角过大，金属变形时易形成“死区”，不利于金属流动；锥 角过小时，则金属粘附在凹模上，使顶件力增加，在挤压件上产图２内转子挤压模１．上模座２． 内六角螺钉３．凸模固定板４．凸模５．销钉６．凸模固定板７．导套８．压套９．内六角螺钉１ ０．调节螺钉１１．模框１２．下凹模预紧套１３．下模座１４．内六角螺栓１５．顶杆１６．模 框１７．螺母１８．凹模垫板１９．导柱２０．下凹模２１．上凹模预紧套２２．上凹模１２３４ ５６７８９１０１１１２１３１４１６１７１８１９２０２１２２１５生拉伤痕迹。因此，宜采用 ６０°～１２０°的锥角。此外，在下凹模收口部分采用适当的圆角过渡，可以大大提高模具寿命 。凹模材料选用W１８Cr４V，热处理HRC５８～６２，它具有很高的强度、良好的耐磨性， 且热硬性好，抗软化变形能力强。应当注意，当高速钢中的碳化物呈带状、网状和颗粒状，且大块 堆积分布时，会严重影响钢的强度和韧性，因此，必须通过锻造将其破碎，使其呈细小均匀分布。 其碳化物偏析应小于三级。上凹模也可用一般的冷作模具钢制作，其中间孔型随坯料的尺寸而定， 要保证在挤压前和挤压过程中定位准确，与坯料间的间隙恰到好处。预紧套材料用４０Cr，保证 无锻造缺陷，纤维连续。热处理HRC４０～４５。模具装配时，上凹模预紧套内圆与上凹模外圆 以及下凹模预紧套内圆与下凹模外圆要配磨。压配好以后，上凹模的下底面与下凹模的上底面也要 注意配磨。４．２凸模的设计凸模工作部分形状尺寸与坯料相同。考虑到凸模应具有足够的强度、 高度和一定的耐磨性，因此，凸模材料选用Cr１２MoV，热处理HRC５６～６２。结构如图 ３b所示。５缺陷分析及其对策由于该零件为齿形件，挤压时有可能发生挤压件齿形不饱满。这是 由于坯料尺寸过小或坯料未充分软化。故需适当调整坯料尺寸，并对坯料进行充分软化退火处理。 ６小结用冷挤压方法成形适用于内转子的大批量生产。冷挤压成形与机械加工相比，提高了生产率和材料的利用率，提高了工件的强度、精度和加工质量，并节约大量加工工时。图３凸凹模结构（a）组合凹模（b）凸模结构（a）（b）内转子的冷挤压成形工艺及模具设计!400050$重庆工学院@胡亚民
!400067$重庆制钳厂@李运平内转子;;
冷挤压;;加工介绍了内转子零件的冷挤压成形工艺及其模具设计。1吴诗忄享.冷温挤压技术.北京:国防工业出版社,1995-05.
2杨昌顺.冷挤压模具设计.北京:国防工业出版社,1994-08.
3卢险峰.冷锻工艺与模具.北京:机械工业出版社,1996-05.
4胡亚民.模具型腔的挤压成形.北京:兵器工业出版社,1997-12.到好处。预紧套材料用 ４０Cr，保证无锻造缺陷，纤维连续。热处理HRC４０～４５。模具装配时，上凹模预紧套内 圆与上凹模外圆以及下凹模预紧套内圆与下凹模外圆要配磨。压配好以后，上凹模的下底面与下凹 模的上底面也要注意配磨。４．２凸模的设计凸模工作部分形状尺寸与坯料相同。考虑到凸模应具 有足够的强度、高度和一定的耐磨性，因此，凸模材料选用Cr１２MoV，热处理HRC５６～ ６２。结构如图３b所示。５缺陷分析及其对策由于该零件为齿形件，挤压时有可能发生挤压件齿 形不饱满。这是由于坯料尺寸过小或坯料未充分软化。故需适当调整坯料尺寸，并对坯料进行充分 软化退火处理。６小结用冷挤压方法成形适用于内转子的大批量生产。冷挤压成形与机械加工相比 ，提高了生产率和材料的利用率，提高了工件的强度、精度和加工质量，并节约大量加工工时。图 ３凸凹模结构（a）组合凹模（b）凸模结构（a）（b）内转子的冷挤压成形工艺及模具设计!400050$重庆工学院@胡亚民
!400067$重庆制钳厂@李运平内转子;;冷挤压;;加工介绍了内转子零件的冷挤压成形工艺及其模具设计。1吴诗忄享.冷温挤压技术.北京:国防工业出版社,1995-05.
2杨昌顺.冷挤压模具设计.北京:国防工业出版社,1994-08.
3卢险峰.冷锻工艺与模具.北京:机械工业出版社,1996-05.
4胡亚民.模具型腔的挤压成形.北京:兵器工业出版社,1997-12.
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