冷鐓加工過程

2021

06/16 17:34:45

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冷鐓加工過程

冷鐓過程中產生折痕/裂紋的原因很多，有材料自身原因，如材料偏析嚴重、硬度過高、表面有過劃痕等；有冷鐓模具原因，如粗鐓模具型腔設計不合理、精鐓模體積不正確、陰模腔間隙過大/過小、剪刀模送進距離大/小、剪刀模夾持過緊、凸凹模腔錯位等；同時，坯料切斷面斜角過大，潤滑效果差，冷鐓機不穩定都可能造成折痕/裂紋。由于材料入廠復驗各項指標均符合相關驗收標準，設備運行較穩定，故主要從模具方面著手解決折痕/裂紋缺陷問題。

1）坯料成形分析對于一定規格的材料，鐓鍛比愈小加工愈容易；鐓鍛比較大時，在制定工藝時應該適當增加鐓鍛次數，一般鐓鍛比與鐓鍛次數的關系如表1所示。

　表1鐓鍛比與鐓鍛次數的關系表鐓鍛比S鐓鍛次數/n某六角頭螺栓冷鐓前總長L= 25.5mm，直徑為1mm，冷鐓后毛坯要求桿部長12.5mm，螺栓頭高2.65mm.通過計算，此六角頭螺栓鐓鍛比S =13/3.1.4.19，冷鐓變形程度占=（13-2.65）/13x100%=79.6%.鐓鍛比S已接近二次鐓鍛的極限，并且，一般材料鐓鍛比達3時，鐓粗就容易產生雙鼓形；大于3后，坯料就容易產生類似于壓桿失穩的縱向彎曲。

加之坯料切斷面不可能完全平整，這樣粗鐓時坯料就受到一個垂直于軸線的分量力的干擾，加劇了縱向彎曲趨勢。所示為慢速調整過程中粗鐓后的坯料變形情況（試驗時只關注螺栓頭部的變形情況，故圖中非變形區的桿部長度有不一致的現象）。

從圖中可看出，粗鐓時側彎十分明顯（速度太慢也在一定程度上會加劇此種缺陷），導致精鐓時根本不可能彌補此缺陷，于是極易形成類似于所示的折痕。同時零件變形程度大，精鐓后坯料局部接近或超過材料許用變形程度從而使螺栓頭部產生裂紋。

　粗鐓試驗后的毛坯是美國SFTC公司開發的一套專門用于金屬塑性成形的軟件，是當今國際上最流行的金屬加工數值模擬軟件之一。在模具設計階段，有限元模擬可以分析材料的流動規律，預測是否產生缺陷，從而檢驗模具形狀與尺寸設計的合理性，優化模具設計和其他工藝參數。

　首先依據工藝要求的實際尺寸，在Pro/E3.0中對坯料、粗鐓模、精鐓模、冷鐓凹模造型，保存為。stl格。然后導入Deform3D軟件中，模擬過程中，為了減少計算量，假設模具為剛體，在冷鐓過程中不發生變形。坯料材料選擇軟件材料庫中的美國牌號A286（相當于此六角頭材料GH2132）。設置模擬各參數，依零件冷鐓成形過程進行模擬，模擬結果如所示。從可見，模擬結果與坯料冷鐓生產結果基本一致。所以，為了解決折痕/裂紋缺陷，粗鐓側彎必須盡量減小或避免。

　舍卷A工冷加工粗鐓模的設計原則是：首先，要求有盡可能大的變形比，為第二次鐓鍛成形做準備；其次，要避（b）精鐓模擬Deform3D模擬結果免金屬纖維產生縱向彎曲。傳統的粗鐓模型腔都是簡單的圓錐結構，為了使粗鐓盡可能產生較大變形使兩次成形均勻，只得通過加大圓錐角，但隨著角度的增加，坯料成形過程中縱向彎曲的傾向也在加大。為了兼顧兩方面，在試驗摸索基礎上，提出了圓柱腔+彈簧結構粗鐓模設計方案。

在保證粗鐓較大變形量的同時，通過在粗鐓模型腔小端增加一個圓柱形型腔來加強定位導向作用，增加坯料在變形中的穩定性，如所示。針對加定位腔在一定程度上使坯料粘模傾向加大的問題，采用彈簧頂桿結構。這樣既有利于減弱坯料端面不平帶來的影響，也能避免模具潤滑不好時坯料粘模狀況的發生。

　新型粗鐓模具的主要參數/3、h、y和（。粗鐓模錐角可表2，由于此六角頭螺栓鐓鍛比及變形率均很大，在保證粗、精鐓變形量基本合理的情況下，盡量采用大角度。通過Deform3D模擬粗鐓模型腔角度不同情況下粗鐓成形后的坯料形狀，確認一個基本的角度范圍。

再結合范圍內各角度下采用0.5mm、1.0mm、2. 5mm的定位腔高度時，模擬坯料粗鐓試驗狀況?？芍?，在一定范圍內隨著定位腔高度增大，定位導向作用增強，側彎逐漸被消除。而對于兩次鐓鍛成形的零件，一般粗鐓后高度為原變形部分總高度的2/3.所以h值過大，會導致粗鐓變形量減少；而錐角/3過大，也會削弱坯料成形過程中的穩定性。

通過比較模擬試驗，此六角頭螺栓，定位腔高度h=1.82.3mm，錐角/3為34為宜。結合冷鐓機床設備合模情況，在確定模具定位腔及錐角/3的同時，考慮坯料鐓鍛前后體積基本不變原則上求出中的y值。

　表2鐓鍛比與粗鐓模鍛角關系表鐓鍛比（平均）新型結構設計效果通過采用新型粗鐓模設計方案，坯料在成形過程中，由于圓柱腔加強了對坯料定位導向作用，成形過程更穩定，大鐓鍛比的某六角頭螺栓粗鐓側彎現象完全得到消除，加上彈簧存在頂出作用，粘?，F象也沒有發生，產品最終鐓粗尺寸合格，外表質量符合相關驗收標準。

　通過采用新型粗鐓模：圓柱腔+彈簧頂出結構，解決了一模二沖設備冷鐓某大鐓鍛比大變形量螺栓側彎缺陷問題，為今后類似零件的冷鐓模設計提供了很好的思路。

　有限元數值模擬軟件Deform3D給冷鐓成形問題的分析及模具設計提供了非常好的價值，可在冷鐓成形領域發揮很大的作用。MW冷加工