金属镦锻成型的工模具

　　金属镦锻成型是紧固件生产的主导工艺，它的成功取决于诸如原材料、工模具、专用设备等很多因素。这些因素不是杂乱无章，不分主次的。它们有主次之分；直接与间接之分。为了能够一目了然的看清这些因素之间的关系，笔者借用等边三角形结构形式，参考了国外资料，设计了有内、中、外的三个等角三角形，用来说明成型与三者之间的关系，它的影响因素即影响力是由外向内作用的。最内三角形代表镦锻成型，它的成功与否由中间三角形代表的项目决定；中间三角形又分别受外三角形项目影响。

　　中间三角形的三边项目分别是：

　　左边为原材料

　　底边为工艺设备

　　右边为工模具

　　详见图1：

　　上述三因素紧密相联系，又互相制约，三个边任何一个因素出现问题，都会造成内三角中成型的失败。每个边又有外三角中四个以上的影响因素；中间三角形任意一边又同其他相临两边形成一个合边，即合力，(见箭头方向)左右着内三角的成型。

　　通过上述的内、中、外三个三角形，就会发现工模具是成型的三大要素之一，它的作用是十分重要的。上期我们介绍了三边之一的原材料。本期主要介绍图中右边的工模具。

　　一、冷成型工模具的一般情况

　　1、工模具的标准规范

　　随着紧固件工业的高速发展，冷成型工模具也得到迅速提高，在上世纪80年代制定了部颁标准的基础上，于1996年进行了修订，代号为JB/T4208.1-96至JB/T4212-96。计有通用件模具18种；冷镦六角螺栓模具13种；冷镦螺母模具25种；冷镦螺钉模具12种；冷镦内六角螺钉模具12种。

　　在标准中还有

　　附录A：“常用冷镦模具钢的工作硬度”；、

　　附录B：“常用冷镦模具钢使用性能和加工性能”；

　　附录C：“冷镦成型模具钢基本参数”。

　　这些标准和附录，对我们中小企业制造或外购工模具提供了重要依据。由于篇幅有限，这里不一一介绍了，需要时可到标准部门查找。

　　2、工模具的性能要求

　　由于冷成型模具是在高速、高冲击条件下工作，因此它应具有特殊性能要求。

　　①模具要具有高强度和高韧性，以及耐冲击性。

　　②模具要具有较好的耐磨损性和耐热性。

　　③模具的形腔能镦出合格的产品形状和尺寸精度。

　　④合乎标准的尺寸精度和表面光洁度。

　　3、工模具材料

　　根据模具的使用条件应具备的性能，如何选择模具材料是首要问题。本篇只介绍几个新钢种(常规的合金钢，可参照部颁标准选用)。
 
　　①基体钢

　　前些年，我国从国外引进了新模具材料---基体钢，这是根据冷成型工模具的使用特点专门研制的钢种，有65Nb、LD、012A1、LM2等等。北京、上海有关单位和哈工大等曾对它的应用和推广作出了贡献，并取得了可喜的成果。使用寿命提高了几十倍。

　　这些基体钢品种也纳入了机械部标准中，代号为JB/T7715-95，附录A“常用冷镦模具及工作硬度”A、B、C表中。

　　②钢结硬质合金(DT合金)

　　这是一种以碳化钛(TiC)碳化钨(WC)作硬质相，以钢作粘结相，介于硬质合金和工具钢之间的钢种，它各取两钢的优点。它具有合金钢的机械加工性能，又具有硬质合金的高硬度、高耐磨性和抗氧化、耐腐蚀等优点。

　　③硬质合金

　　适合制作冷镦工模具的硬质合金主要是指YG类。该类合金已于2001年纳入国家标准，代号为GB/T18376.1---2001。该类合金硬度高(HRC90)，高抗压强度(5883N/mm2)和足够的抗变形强度(2451N/mm2)。许多企业都用它制作模芯。

　　在硬质合金家族中，还有其他多种经过改进的硬质合金：如陶瓷硬质合金；粗颗粒硬质合金；细颗粒硬质合金；超细颗粒硬质合金等，都可根据运用特点选作模具材料。

　　4、工模具的表面处理

　　对工模具的表面处理，主要指对合金钢表面处理，主要有以下几种：

　　①氮碳共渗处理，该处理有两种：一种是气体处理，一种是液体处理。气体共渗是：连续式作业炉的渗剂为吸热式气氛和氨气的混合气；周期式炉采用的是尿素、甲酰胺、三乙醇胺、醇类加氨气等。液体共渗：熔盐氮碳共渗盐浴的主要成分是：尿素与碳酸盐，其反应物是氰酸，处理后的寿命由2~4万件，提高到10~18万件。

　　②三无共渗

　　主要是经碳、氮、硼处理，采用45#钢制凹模，温度840~850℃，时间6h，低温回火温度160~170℃，渗层厚1μm，硬度HRC62，寿命提高3~6倍。

　　③增碳处理：经该工艺处理后的模具可提高3~5倍。

　　④物理气相沉积TiN工艺：经此工艺处理的模具寿命由8~10万次提高到37.6万次。

　　二、几种常用冷成型工模具

　　1、切料模具

　　该类工模具在部颁标准中属于通用件，无论是双击冷镦机，二模三冲冷成型机，多工位冷镦机，是螺栓还是螺母机等，切料机构基本上是相同的，都是经过送料轮将原材料送入切料模，经切料刀将线材切断，通过各种不同形式的夹钳，将切料送入凹模，见图2。

　　二模三冲零件成型机的切料刀机构与切料外形同双击冷镦机的的结构是一致的，但刃口是圆形的，没有盖板或夹钳，它是用切料刀直接将毛坯送入第一模。

　　2、初镦冲头

　　按机械部标准规定，该模具为螺栓类工模具的初镦冲头，有的地区称初冲或预冲头、粗冲头。该模具外形简单，工作腔也不复杂，就是个锥体，尺寸也是只有三个，即大头Dk、小头dn、高度H，另外，还有角度α，但各种计算、设计方法都很多，计算起来虽不复杂，但很麻烦，有资料介绍达十几页。根据操作者经验，双击冷镦机的初镦冲头形腔可变可调因素很多，如材质成份含碳量、硬度、直径公差等，并不是按设计计算尺寸制造出来安到设备操作上就能冷镦出合格产品，这要根据操作者实际操作经验进行再修正才能达到要求。这些再修正可采用修磨、刮研、磨光等再加工办法对初冲头的外形尺寸、工作形腔尺寸进行修正，这是合格操作者必须具备的能力。众多的中小企业应尽量采用简化的计算方法，计算锥形尺寸，任何的计算尺寸都必须靠实际验证它的正确性，修正它的不足部分，才能使工具的使用达到最佳的理想状态。

　　初冲头还有各种形状，如石西产的二模三冲零件成型机的初冲头，同双击冷镦机就完全不一样，因它的初冲是杆部正挤压，初冲头与图3所示，它是凸出的顶针，通过初冲顶针将坯料送入第一凹模中，进行正挤压。

　　3、终镦冲头

　　终镦冲头也称精冲模、终镦模、精冲、光冲等。部颁标准术语中规定为终镦冲头，我们以标准为根据来称呼。

　　它的作用是使产品头部分达到所要求的形状和尺寸。它的工作腔是根据产品决定的，其外形尺寸根据设备规范中模座腔决定。

　　二模三冲零件成型机的第二冲头、第三冲头应属终镦冲头系列，但严格来说，第二冲头应叫传递冲头兼作初镦冲头，但与初镦冲头相比它又处在终镦冲头的位置，根据该设备的特性，只能叫作第二冲头和第三冲头。严格讲它的第三冲头才是真正的终镦冲头。

　　4、凹模

　　凹模也称阴模、顶模。机械部标准中规定称凹模。根据它的工作特点分为初镦凹模、细杆凹模、全螺纹缩径凹模、标准杆凹模、切边凹模等。

　　凹模的作用是将工件的杆部长短和直径镦出所要求的尺寸。

　　在凹模内的成型主要是杆部，但根据产品形状和工艺的不同，有的产品的头部、颈部或部分头部，也在凹模内成型。

　　凹模的结构形成见图5、6、7，图5为单纯杆部成型，图6为头杆全在凹模中成型，图7杆部缩径、部分头部在凹模中成型。

　　二模三冲零件成型机有两个凹模，第一个凹模实质上是一个正挤压模，在第一凹模中进行杆部的冷挤压加工，或称缩径。第二凹模中的杆部和部分头部(另一部分在第三冲中成型)成型。

　　切边工模具也是由冲头和切边凹模组成，其切边冲模如图8所示。

　　多工位自动机的工模具同双击自动冷镦机基本上相同，没有本质上的区别，只要根据产品不同，安排出逐步小变形工艺过程，就能使在双击冷镦机上无法加工的产品加工成功。