热挤压工艺实例：16MN平锻机模具设计详解

1.轴套管正挤压工艺

该锻件（见图4-3-51）原始数据：材料45钢，锻件质量G=9.1kg。

图4-3-51 轴套管锻件图

（1）确定坯料尺寸 轴套管正挤压前要预制坯，预制坯的内、外径应和挤压工步相同（见图4-3-52），即ϕ114.5mm、ϕ81.2mm，为了使坯料放入模膛定位准确，减小锻件壁厚差并考虑第一工步为扩孔制坯成形，采用方料，减少凸模受力，故按挤压直径ϕ114.5mm作为方料的对角线长度，其边长81mm（热尺寸），选用80mm×80mm×183mm方料。

（2）工步设计（见图4-3-52）

①第一工步：扩孔制坯（反挤压）。该工步是为挤压工步准备体积一定、形状合适的坯料，因此内孔形状基本和终锻相符，后端有ϕ25mm尾部，以存放多余金属，这是由原材料公差产生的，外径取终锻外径。

②第二工步：穿孔工步。要挤出通孔锻件，必须穿去连皮，即为挤压坯料。

③第三工步：挤压成形。

（3）计算变形程度和挤压力

1）变形程度

式中 S₀、S₁——变形前、后坯料的横截面积；

D、D₁、D₂、D₃——变形前、后坯料直径（见图4-3-52穿孔工步、挤压工步）。

挤压比：

图4-3-52 轴套管工步图（为热尺寸）

2）挤压力计算。查图4-2-24，得45钢挤压的单位面积压力p₁=470×10⁶Pa（1100℃时），则挤压力P为：

P=p₁S₀=（470×10⁶×7786×10^-6）N=3659420N，P≈3660kN

根据图4-3-53所示16MN平锻机镦锻力允许负荷图，选用16MN水平分模平锻机。

图4-3-53 16MN平锻机镦锻力允许负荷图

（4）模具设计（见图4-3-48）

1）模膛设计：模膛的形状和尺寸按图4-3-52轴套管工步图和热正挤压模工作部分（见图4-3-49、表4-3-22）进行设计。

挤压工作带长度h=（0.5～1）d=[（0.5～1）×79]mm=39.5～79mm，取h=80mm。

2）凹模镶块外径和长度：为提高镶块强度，取镶块外径ϕ240mm，长度由需要确定。

3）模具总图：按16MN水平分模平锻机按模空间参数和镶块大小进行合理布置，与平锻模设计相同（见图4-3-48）。(www.xing528.com)

2.汽车万向节叉热挤压（见图4-3-54）

图4-3-54 汽车万向节叉锻件图

原始数据：锻件材料40MnB，锻件质量G=3.72kg。

（1）坯料尺寸确定 锻件的最小外径为ϕ90mm，确定坯料尺寸为ϕ90mm×78mm

（2）计算变形程度和挤压力 该零件挤压开始时是反挤压锥孔，然后正挤压锻件两“支叉”。

①变形程度

S₁=2800mm²（由作图得两“支叉口”横截面积）

挤压比：

式中 S₀、S₁——变形前后的坯料横截面积；

d₀——变形前坯料直径。

②正挤压力P

P=wp₁S₀

式中 w——温度和材料影响系数（见图4-2-23）；

p₁——单位面积挤压力，由挤压比R=2.27，查

图4-2-24，得w=1.4，p₁=260×10⁶Pa。S₀——凸模面积（mm²），

挤压力P=wp₁S₀=（1.4×260×10⁶×6359×10^-6）kN≈2315kN

挤压行程约33mm。

（3）挤压工步数 根据万向节形状，不需要制坯或预成形，又根据挤压力计算和16MN平锻机镦锻力允许负荷图（见图4-3-53），在一个行程里可以同时挤压两件，其工作负荷曲线没有超过镦锻力允许负荷图，即一个工步就可挤压成形两件。

（4）挤压模设计

1）模膛设计。为了改善金属流动，挤压模膛的出口处圆角要大些，原设计全部为R12，经现场调试，在两个叉子的四个底面有流线折纹，后改为由R12均匀过渡到R20，流线折纹消除。底面设计成R113，以减小挤压死角（见图4-3-54）。挤压模膛导程直径设计成ϕ92.3mm，这是考虑ϕ90mm热轧钢材在正公差时（ϕ90mm±0.9mm，又考虑热收缩率）也能顺利地放入模膛，导程直径不可太大，否则，当坯料放入模膛，上模夹紧时，坯料和模膛的径向间隙都在上模，这样，在坯料挤压时将引起较大的壁厚差和纵向飞刺。

2）挤压模结构（见图4-3-55）。在凹模上同时布排四个挤压模膛，在生产时，可以在模具上对称放置两件坯料，设备受力均匀，安模空间也充分利用。

另外，为了使锻件便于从凹模起模，在模具上设计顶料装置。

图4-3-55 万向节叉热挤压模具

1—凹模体 2—凹模镶块 3—凸模 4—凸模座 5—螺钉 6—凸模柄