1、典型零件成形工藝全國緊固件標準化技術委員會標準宣貫租2006年11月一、汽車后輪內螺母多工位加工工藝一、汽車后輪內螺母多工位加工工藝介紹介紹1、工藝分析、工藝分析 此零件為典型的擠壓杯形件，其分三部分組成：球面凸緣、空心圓柱及四方尾部。2、變形工步的設計、變形工步的設計 此零件采用五工位成形，其工藝流程為：切料整形鐓平鐓頭精鐓頭及倒角正反復合擠壓。（見下圖）正反復合擠壓 鐓頭及倒角 鐓頭 鐓平 整形 切料3、變形特點分析、變形特點分析 3.1、正反復合擠壓變形程度、正反復合擠壓變形程度 3.1.1、正擠壓 斷面收縮率F=（1）10026 3.1.2、反擠壓 斷面收縮率F=10010042 3.

2、2、球面凸緣鐓粗、球面凸緣鐓粗 3.2.1、鐓粗變形特點 鐓粗變形一般分為三個區域（見上圖） 區域稱為難變形區，這是和上下壓頭接觸的區域。由于表層受到很大的摩擦阻力，這個區域的單元體都處于三向壓應力狀態，愈接近中心，三向壓縮程度愈強烈，所以這區域的變形很小。 區域為大變形區，它是處于上、下兩個難變形錐體之間的部分（外圍層除外）。這部分受到的接觸摩擦力的影響已較小，因而水平方向上受到的壓應力較小單元體主要在軸向力作用下產生很大的壓縮變形，徑向有較大的擴展，由于難變形錐體的擠壓作用，還有向上、下彎曲的現象，這些變形的綜合，外形出現了鼓形。 區域是外側的筒形部分，稱小變形區。它的外側是自由表面，端面

3、摩擦影響又小，因而應力狀態可看成近似單向壓縮，其變形不大。 3.2.2、鐓粗變形的端面變化 球面凸緣鐓粗工藝方案如下圖所示 球面凸緣鐓粗工藝方案如下圖所示 針對以上分析，在二序的成形中上端面需預制出一定的球面，使其在三序成形時，金屬在向徑向擴展時始終保持一弧面，最終與三序上模球面相吻合。在二序毛坯設計中應注意上端面直徑的大小，過大，會造成端面尺寸增長過快，使金屬還未來得及充滿球面頂部就被鐓粗壓縮，致使球面充不滿；過小，會造成在二序成形中，由于球面變形程度較大，致使外圓鐓粗，球面端面懸空，無法得到再一次鐓平，端面留有切斷裂紋，此裂紋會在下序變形中滑移到球面上。3.3、中間工位毛坯設計、中間工位毛

4、坯設計 中間工位毛坯是擠壓前半成品，主要進行材料體積和變形量的分配，為成品擠壓形狀及尺寸等方面的準備工作。3.3.1、中間毛坯設計應注意以下問題、中間毛坯設計應注意以下問題 1）最大限度滿足擠壓件的質量要求； 2）應保證充滿難以擠壓到位的局部形狀； 3）避免毛坯呈懸空狀態，增設中間變形； 4）中間毛坯錐形的錐度應大于擠壓件相應處的錐角，這樣便于錐角毛坯放入凹模，確保擠壓過程不致出現多余金屬。3.3.2、各毛坯間的尺寸配合、各毛坯間的尺寸配合 a、徑向尺寸的配合關系確定徑向尺寸配合關系的原則是：要使毛坯能夠自由放入下道的模腔內。在確定各道毛坯尺寸時，應從成品開始反過來進行推算。 b、軸向尺寸的配

5、合關系考慮到成形時，將有部分金屬進入模腔內，使軸向尺寸增加一高度H。 c、其它尺寸的配合關系為防止金屬滯流，中間毛坯的過渡部位應設計為錐形。3.4、原材料要求、原材料要求 原材料選用冷拉圓鋼，由于采用多工位成形，無法進行中間處理，為便于成形，因此需要嚴格規定原材料的技術要求。 其要求為： a. 材料表面應光滑，潔凈，不允許有任何的裂紋、氣泡、折疊、皺皮、夾雜和發紋存在； b. 磷化膜均勻、致密，結合牢固，厚度在814m，表面不得有拉毛、銹蝕等缺陷； c. 硬度不大于HB160，珠光體級別不小于5級；3.5、材料體積計算、材料體積計算 運用制圖軟件Autocad進行精確的1:1繪制第五工位毛坯立

6、體圖，通過工具欄查詢可知體積，當然也可分為幾個簡單的立體形狀進行組合計算，得到體積，但運用制圖軟件可以更快捷、準確，同時可對各部分體積進行調整、編輯，合理設計毛坯尺寸。4、 成形力計算成形力計算 4.1、剪切力的計算 根據以上設計的毛坯預留間隙，選用ML20Cr，28.1材料。 剪切力P280KN ML20Cr，硬度160HB，由圖6-31（注：沖壓設計手冊）查得 材料抗拉強度b550N/mm2 4.2、整形（一序）、鐓平（二序）力的計算：、整形（一序）、鐓平（二序）力的計算： 整形力P830 KN 鐓平力P1055KN 鐓粗時的系數鐓粗時的系數C值值H1d1C2.4H10.8d1 C35注：

7、沖壓設計資料圖6-32鐓粗時的系數鐓粗時的系數C值值注：冷鍛手冊圖2.474.3、三、四序成形力的計算、三、四序成形力的計算 三序成形力 PFC均0.78535.3621.8595/10001075KN 四序成形力 PFC均0.78535.821.8595/10001082KN 4.4、正反復合擠壓力計算：、正反復合擠壓力計算： 擠壓力PpF凸模23800.78518.682/1000660KN 總鐓鍛力P4980 KN，10FF5、主要模具設計、主要模具設計 5.1、切料工位模具設計、切料工位模具設計 為保證切料質量及提高模具使用壽命，切料方式采用套筒切料，割料模及切刀模均采用硬質合金YG2

8、0C材料制造，為避免料彎而進料不暢，將割料模入口處制出一定的斜度 5.2、一、二、三、四工位模具設計、一、二、三、四工位模具設計 一、二、三、四工位單位成形力分別為1320 Mpa、1650 Mpa、1071 Mpa、1071 Mpa，必須采用多層次組合凹模結構，為方便模具設計的標準化，統一采用三層組合凹模， 三層組合凹模的最佳設計方案是凹模與第一預應力環及第二預應力環同時屈服，而且要根據給定的凹模內外徑尺寸來決定能使容許內壓達到最大的預應力環直徑及過盈量。6、潤滑潤滑 為了降低成形時的單位成形力，提高零件表面質量，延長模具使用壽命，必須對成形毛坯進行合理的潤滑處理。 對原材料表面采用磷酸鹽處

9、理，經過這樣處理的表面形成一層多孔狀的薄膜，具有良好塑性，可容納一定量的潤滑劑，同時采用高壓潤滑油，在進行穿孔擠壓時，由于四序毛坯的凹穴存在，形成潤滑劑的儲存窩，提供充分的潤滑。1、螺母熱鐓機的優點及缺點螺母熱鐓機的優點及缺點1.1、螺母熱鐓機的優點、原材料采用熱軋棒料，省去改拔、退火、磷化等材料改制工序；、因采用熱鐓加工，材料的變形量范圍大，對于不同規格的產品可以選用同種規格的材料，大大降低原材料的使用規格；采用熱鐓加工變形抗力較小，中間連皮可制得較冷成形薄，沖孔廢料節省20左右；較自動車加工原材料利用率提高1.6倍；、熱鐓機連續加工，減少冷擠中間退火、磷化等多次往返工序，相對于冷擠分序及自

10、動車加工生產效率提高58倍；、可加工冷成形不能加工的形狀復雜的產品；、同類產品熱鐓加工比冷鐓加工所需噸位要少1/3。1.2、螺母熱鐓機的缺點、與冷鐓工藝相比，對模具的機械性能要求較高，且壽命低；、由于材料通過中頻加熱，對電能的消耗較大，加工環境較差；、設備投資成本較大，外圍輔助設施復雜。 熱鐓機分為主機及感應加熱兩大部分組成，棒料由棒料冷端上料臺架的冷料存儲架自動進入送料機構，通過棒料傳送裝置經中頻感應加熱爐加熱到設定溫度進入熱鐓機成型，產品經過切料、鐓扁、成形、沖孔等工序完成，設備采用雙滑塊裝置，將鐓扁與成形、沖孔工序模面分開成90角，鐓扁后毛坯經由具有一定落差的環行滑道進入儲料區，然后采用

11、夾鉗傳送到成形、沖孔工序，這樣的設計結構，可以最大限度的去處加熱所產生的氧化皮，并防止其進入成形模中，避免影響產品質量及降低模具壽命。3.1、成形毛坯熱鍛件圖的設計、成形毛坯熱鍛件圖的設計 熱鍛件圖以冷鍛件圖為依據，但又有區別，考慮到金屬冷縮現象，熱鍛件圖上的尺寸應比冷鍛件圖的相應尺寸有所增大。理論上加放收縮率后的尺寸按下式計算： Nn（1+Z%） 式中 N熱鍛件尺寸； n冷鍛件尺寸； Z終鍛溫度下鍛金屬收縮率，鋼一般為1.21.6 加放收縮率時還應主要下列幾點： 、無坐標中心的圓角半徑不放收縮率； 、薄而寬、細而長的尺寸部位，因在熱鐓時冷卻快，收縮率應適當減小。3.2、體積計算 根據熱鍛件圖

12、可知，V總V1+V2-V33.4、中間毛坯尺寸的設計 中間毛坯尺寸的計算，依據塑性變形材料體積不變原則，。 在設計毛坯尺寸時需要特別注意以下幾點： C應比B大512，經鐓扁后以消除切料造成的外徑變形，否則會影響產品質量； 必須C/Dd1，防止鐓扁坯料經滑道時翻轉，造成卡料。 如以上條件不滿足時，須調整材料直徑規格。4、熱鍛溫度的選擇熱鍛溫度的選擇 鋼在加熱的過程終須防止過熱及過燒現象的發生，通過長期的生產實踐和大量的試驗研究，現有鋼種的鍛造范圍均已確定，可從有關手冊查得。 。5、模具設計、模具設計 相對于冷鐓而言，熱鐓模具的使用環境要惡劣的多，其需承受反復沖擊載荷和冷熱交變作用，因熱應力而容易

13、導致疲勞破裂；模腔表面受到高溫金屬流動的作用而產生摩擦效應，尤其是坯料表面的氧化皮未清除干凈的情況，摩擦作用更加強烈，加速模腔表面的磨損，出現剝落現象。 熱鐓時，成形模受熱毛坯的影響，如果模腔表面溫度上升至400以上，將發生高溫回火現象，容易被壓塌和磨損。所以，在熱鐓時必須作適當的冷卻。除設備上已具有的冷卻管道外，在設計模具時，也必須考慮冷卻水孔的設計。 成形尺寸先從理論上依據計算出的熱鍛件圖，然后再經過生產實踐重新確定、修復模具的成形尺寸，以保證產品精度。 上模采用組合方式，在生產過程中，上沖頭的由于受力及與坯料接觸等影響，其損壞較上沖模快，采用此種設計方式，即可簡化模具加工難易程度，消除過度處的應力集中，同時方便上沖頭的更換，降低模具綜合成本。 成形凹模結構同冷鐓模類似，其設計原則也大致相同，為防止應力集中而產生開裂，成形模采用縱向剖分結構。成形模采