铝合金拉杆的热挤压工艺及模具设计

    1 引言
   
    高压开关产品零件品种多、改型频繁，拉杆是 LW8-35SF6型户外断路器中的关键零件，要求具有较高的导电、导热性能和良好的力学性能，以降低能耗和提高产品的可靠性铝合金材料不仅导电导热性好、力学性能优良，而且比强度高、密度小，因而在高压电器零部件的制造中，除采用铜及其合金外，大量采用铝合金。研究表明，对于综合性能要求较高的一类功能件，如拉杆、接头、导体、触头座等，一般采用铝合金挤压棒 (管)经切削加工制成，2A50 合金就是其中常用材料之一。2A50合金在热态下具有良好的可塑性，可通过铸造、挤压等变形工艺改善组织，提高性能，且可以热处理强化，工艺性较好，因而成为高压开关类零部件的首选材料。
   
    拉杆的挤压件如图1所示，传统上采用棒料直接切削加工而成，材料的利用率一般在 16%-40%，浪费严重、效率低。新工艺采用杆部反挤头部正挤的复合热挤压方法，能使坯料尺寸精度大幅度提高，毛坯重量减轻72%以上，产品的导电率、硬度及强度等完全达到设计标准。
   

    2 拉杆热挤压工艺分析
   
    拉杆零件材料为 2A50(LD5) 合金，属于 A1-Mg-Si-Cu系，具有良好的锻造性能，在热态下易变形，且抗蚀性能、焊接性能和切削性能良好，中等强度，塑性很好闭。在生产过程中，将圆柱形毛坯表面涂上水剂石墨，然后感应加热至490℃，放入组合凹模的模具中挤压成形。工作前把模具预热至250℃左右，每次挤压前，需向模腔喷洒润滑剂。挤压变形后可进行固溶时效热处理，以提高其硬度，固溶温度为 (515±5)℃，时间为3h，时效温度为(160±5) ℃，时间为5h。
   
    拉杆挤压可以采用正挤压或反挤压的方法成形杆部。由于拉杆变形程度大，且杆部长径比大于7，正挤压时，金属的流动方向与凸模运动方向相同，坯料与凹模之间存在摩擦力，则挤压力中不仅有变形力，还包括该摩擦力。在坯料与凹模温度过高及润滑不良时，因坯料与凹模之间有相对运动，会进一步增大挤压力。由于该零件的杆部较长，直接顶出时容易失稳弯曲.若间接顶出模具结构复杂，操作困难加。
   
    采用一次复合挤压成形工艺，即杆部反挤头部正挤的复合挤压成形工艺可以解决上述问题，其工艺流程如图2所示。由于采用了杆部反挤，坯料与凹模之间无相对运动产生的摩擦力，从而降低了挤压力。该方案模具结构简单，生产效率高 YA23-315四柱式万能液压机活动横梁到工作台面距离为1250mm，行程长，凸模设计为中空结构，成形杆部的模腔在凸模上，可以完成脱模。拉杆热挤压工艺的生产过程是 :下料-加热-挤压-热处理-精加工。
   

    3 拉杆热挤压工艺设计
   
    3.1 模具结构及工作过程
   
    热挤压工艺设计是热挤压模具设计的第一步，直接影响到制件质量、生产效率、模具寿命、生产成本等。根据挤压件形状，凸模设计为空心状，采用二层组合凹模结构。复合热挤压模具结构如图3所示，挤压时.先将坯料放人凹模型腔内.随着凸模 4的下行 ，坯料在组合式凹模 内正挤成形，同时杆部反挤成形，随着挤压变形力逐渐增大，当金属正向流动到顶件器时，头部成形结束，此时金属反向继续流动。当挤压完成后，上模回程，工件留在凹模7中，压力机下缸动作，通过顶杆11将头部大直径部分顶出凹模 7，即可完成脱模。工件头部内形与顶件器口之间应留有一定的斜度，以保证工件与顶件器不发生抱死现象，顶杆1兼作头部正挤压的凹模。