論曲軸扭轉(zhuǎn)減震器冷成型技術(shù)中旋壓模具設(shè)計的技巧及應(yīng)用

程芳慶　朱名玉

摘要：隨著我國加入WTO以及經(jīng)濟的飛速發(fā)展，在汽車行業(yè)為節(jié)約油耗能源慢慢的實現(xiàn)汽車輕量化，并實現(xiàn)汽車方面混合動力發(fā)動機，故在汽車生產(chǎn)所有企業(yè)里由原鑄件過度到鋼件并過度到鋁件的一個必然發(fā)展趨勢.在旋壓行業(yè)里，就是以鋼件代替鑄鐵件實現(xiàn)汽車輕量化的一個新穎技術(shù)并實現(xiàn)汽車行業(yè)可持續(xù)發(fā)展.

關(guān)鍵詞：冷成型、旋壓模具、曲軸扭轉(zhuǎn)減震器

旋壓技術(shù)是一項具有悠久歷史的傳統(tǒng)技術(shù)，據(jù)文獻記載最早起源于我國唐代，由制陶工藝發(fā)展出了金屬的旋壓工藝。到20世紀(jì)中葉以后，隨著工業(yè)的發(fā)展和宇航事業(yè)的開拓，普旋工藝大規(guī)模應(yīng)用于金屬板料成形領(lǐng)域，從而促進了該工藝的研究與發(fā)展。在二十世紀(jì)中葉以后，普通旋壓有了以下三個方面的重大進展：一是，普通旋壓設(shè)備逐漸機械化與自動化，在20世紀(jì)50年代出現(xiàn)了模擬手工旋壓的設(shè)備，即采用液壓助力器等驅(qū)動旋輪往復(fù)移動，以實現(xiàn)進給和回程，因而減輕了勞動強度。二是，在20世紀(jì)60～70年代出現(xiàn)了能單向多道次進給的、電器液壓程序控制的半自動旋壓機。三是，由于電子技術(shù)的發(fā)展，于20世紀(jì)60年代后期，國外在半自動旋壓機的基礎(chǔ)上，發(fā)展了數(shù)控和錄返式旋壓機。這些設(shè)備的快速發(fā)展將旋壓工藝帶進了中、大批量化的生產(chǎn)中。

強力旋壓是上世紀(jì)五十年代在普通旋壓的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，最早是在瑞典、德國被用于民間工業(yè)（例如，加工鍋皿等容器）。由于旋壓工藝的先進性、經(jīng)濟性和實用性，且該工藝具有變形力小，節(jié)約原材料等特點，在近四十年中，旋壓技術(shù)得到了長足的發(fā)展，不僅在航空航天領(lǐng)域，而且在化工、機械、輕工等民用工業(yè)中都得到了廣泛應(yīng)用。目前，旋壓技術(shù)已日趨成熟，已經(jīng)成為金屬壓力加工中的一個新的領(lǐng)域。近20年來，旋壓成形技術(shù)突飛猛進，高精度數(shù)控和錄返旋壓機不斷出現(xiàn)并迅速推廣應(yīng)用，目前正向著系列化和標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。在許多國家，如美國、俄羅斯、德國、日本和加拿大等國己生產(chǎn)出先進的標(biāo)準(zhǔn)化程度很高的旋壓設(shè)備，這些旋壓設(shè)備己基本定型，旋壓工藝穩(wěn)定，產(chǎn)品多種多樣，應(yīng)用范圍日益廣泛。

我國旋壓技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r與國外先進水平相比有較大差距。但近年來取得了較大發(fā)展，許多產(chǎn)品精度和性能都接近或達到了國外較先進水平。國內(nèi)許多研究所（如北航現(xiàn)代技術(shù)研究所、黑龍江省旋壓技術(shù)研究所、長春55所等）已經(jīng)研制出了性能較好的旋壓機并配有性能最優(yōu)的旋壓模具與旋壓技術(shù).目前北京已成立全國旋壓協(xié)會，主要以技術(shù)探討與技術(shù)培訓(xùn)為主，重點是與世界旋壓成型技術(shù)實現(xiàn)近接軌，本文主要介紹旋壓模具的設(shè)計與選材，希望能給廣大讀者一些借鑒。

1.旋壓模具選材與設(shè)計

1.1.模具零件介紹：旋壓模具零件主要包括：上模，下模芯，下模芯座，下模外套，下模外套支撐座，頂料套，旋壓輪等主要部件;

1.2.模具材料：上模（Cr12），下模芯（Cr12），下模芯座（45），下模外套（Cr12），下模外套支撐座（45），頂料套（40Cr），旋壓輪（Cr12Mov）;

綜上所述，模具與被旋壓產(chǎn)品接觸的均選用Cr12，間接接觸的均選用造價與處理便宜的45號鋼等材料，旋壓輪必須選用Cr12Mov，以上材料均是通過大量的實驗優(yōu)先采用的材料，熱處理硬度為Cr12（HRC54-58），Cr12Mov（HRC56-58），此硬度不需要再回火處理，造價成本已調(diào)節(jié)至最低.

1.2.1.模具開模行程為380 mm，也就是說模具裝配后的總高度不能超過270 mm，

以此推算還有110 mm的產(chǎn)品放置空間.如上圖示.

1.2.2.如上圖示：封料部分，比如說齒邊厚度為1.2 mm，那么封料0.8 mm深，以此類推，均封住邊厚2/3即可.

1.2.3.產(chǎn)品定位面：模具要比產(chǎn)品待定位面大單邊0.1 mm，是指在產(chǎn)品此尺寸的基準(zhǔn)值，放此余量主要考慮是產(chǎn)品的本身圓度等問題，放完余量后，公差定義為+0.1

/+0.03mm.

1.2.4.頂料部分讓開的目的是防止在合模過程中壓縮產(chǎn)品，致使高度變化.

1.2.5.扎齒紋目的是針對上面圖示這樣模腔空間太小的產(chǎn)品，需要增加此項，以增大合模摩擦力，以增加模具壽命.

1.2.6.所有模腔均可允許有最大一度的脫模角度，以便產(chǎn)品能夠順利頂出，但脫?；鶞?zhǔn)要與產(chǎn)品要求的基準(zhǔn)尺寸一致，一般設(shè)計在根部，也就是產(chǎn)品能順利測量部位.

1.2.7.外套與模芯配合公差為0.1-0.15 mm之間，此處為間隙配合.

在我們拿到新品要設(shè)計開發(fā)毛坯時，首先要評估與定義好工藝路線，比如是U，I還是W形毛坯，在定義好后，再進行每一步的模具及旋壓輪設(shè)計，其參數(shù)設(shè)定與數(shù)控車床類似，也就是X，Z兩個坐標(biāo)，在此不詳細講解，具體因產(chǎn)品而異，比如在粗旋壓時，進給量與主軸轉(zhuǎn)速均設(shè)定為高進給，高轉(zhuǎn)速，越往精加工越低.

1.3旋壓模具設(shè)計及步驟：根據(jù)產(chǎn)品毛坯與終成型產(chǎn)品尺寸，性能，形狀結(jié)構(gòu)等在CAD里計算出有效使用面積，并設(shè)計出總成圖，然后通過鏡像將總成圖導(dǎo)出，再將分零件圖逐一分解出來并標(biāo)注出尺寸公差，形位公差，粗糙度，技術(shù)要求及加工方法等.

1.4總成圖紙設(shè)計：總成圖是由上模，折彎輪，平輪，下模芯，下模外套支撐座，下模法蘭，頂料套，50度成型輪，40度成型輪，下模外套，下模芯座，下模芯座連接花鍵四個組成.模具之間由不同的公差間隙或過盈等配合完成，并通過上模連接座與主軸上模連接，下模連接座與下模底盤傳動軸連接，實現(xiàn)傳動平穩(wěn)，讓產(chǎn)品毛坯在旋壓輪與旋壓模具形成的有效的模腔空間內(nèi)成型.通過旋壓參數(shù)設(shè)定與工藝步驟實現(xiàn)程序控制.致使產(chǎn)品制作出來后表面光滑，齒上無毛刺.

1.5.分零件圖設(shè)計

1.5.1.上模：材料：CR12，數(shù)量1件.技術(shù)要求：1.去除尖角，毛刺;2.熱處理HRC54--56;3.未注倒角均為R1;4.熱處理后精車至圖紙尺寸;5，清理干凈各孔（包括螺紋孔 ）;注意事項：與下模配合面尺寸公差要求不能超過0.1mm.并控制上下安裝平面的平行度不能超過0.03 mm，外圓與內(nèi)孔同軸度不能超過0.03 mm.表面熱處理硬度擺動范圍不能超過HRC正負(fù)3度.表面粗糙度為去除材料的加工方式保證在3.2微米以內(nèi);功能：與旋壓機上主軸連接，并轉(zhuǎn)遞扭矩給產(chǎn)品毛坯，實現(xiàn)與下模同步運轉(zhuǎn).

1.5.2.頂料塊：材料：CR12，數(shù)量1件.技術(shù)要求：1.去除尖角，毛刺;2.熱處理HRC54--56;3.未注倒角均為R1;4.熱處理后精車至圖紙尺寸;5，清理干凈各孔（包括螺紋孔 ）;注意事項：與下模配合面尺寸公差要求不能超過0.1mm.并控制上下安裝平面的平行度不能超過0.03 mm，外圓與內(nèi)孔同軸度不能超過0.03 mm.表面熱處理硬度擺動范圍不能超過HRC正負(fù)3度.表面粗糙度為去除材料的加工方式保證在3.2微米以內(nèi);功能：與下模芯配合連接，起到產(chǎn)品上料時對產(chǎn)品毛坯限位，產(chǎn)品出料時將產(chǎn)品頂出.

1.5.3.下模芯：材料：CR12，數(shù)量1件.技術(shù)要求：1.去除尖角，毛刺;2.熱處理HRC54--56;3.未注倒角均為R1;4.熱處理后精車至圖紙尺寸;5，清理干凈各孔（包括螺紋孔 ）;注意事項：與下模配合面尺寸公差要求不能超過0.1mm.并控制上下安裝平面的垂直度不能超過0.03 mm，外圓與內(nèi)孔同軸度不能超過0.03 mm.表面熱處理硬度擺動范圍不能超過HRC正負(fù)3度.表面粗糙度為去除材料的加工方式保證在3.2微米以內(nèi);功能：起到對產(chǎn)品毛坯定位，并形成有效的模腔空間.

1.5.4.下模芯座：材料：CR12，數(shù)量1件.技術(shù)要求：1.去除尖角，毛刺;2.熱處理HRC54--56;3.未注倒角均為R1;4.熱處理后精車至圖紙尺寸;5，清理干凈各孔（包括螺紋孔 ）;注意事項：與下模配合面尺寸公差要求不能超過0.1mm.并控制上下安裝平面的垂直度不能超過0.03 mm，外圓與內(nèi)孔同軸度不能超過0.03 mm.表面熱處理硬度擺動范圍不能超過HRC正負(fù)3度.表面粗糙度為去除材料的加工方式保證在3.2微米以內(nèi).功能：與下模芯通過四個花鍵連接，并傳遞扭矩給產(chǎn)品毛坯，實現(xiàn)與上模同步運轉(zhuǎn).

1.5.5.下模外套：材料：CR12，數(shù)量1件.技術(shù)要求：1.去除尖角，毛刺;2.熱處理HRC54--56;3.未注倒角均為R1;4.熱處理后精車至圖紙尺寸;5，清理干凈各孔（包括螺紋孔 ）;注意事項：與下模配合面尺寸公差要求不能超過0.1mm.并控制上下安裝平面的垂直度不能超過0.03 mm，外圓與內(nèi)孔同軸度不能超過0.03 mm.表面熱處理硬度擺動范圍不能超過HRC正負(fù)3度.表面粗糙度為去除材料的加工方式保證在3.2微米以內(nèi).功能：與下模法蘭連接，控制產(chǎn)品成型時多余部份材料向外流出.

1.5.6.下模法蘭：材料：45號鋼，數(shù)量1件.技術(shù)要求：1.去除尖角，毛刺;2.熱處理HRC42--45;3.未注倒角均為R1;4.熱處理后精車至圖紙尺寸;5，清理干凈各孔（包括螺紋孔 ）;注意事項：與下模配合面尺寸公差要求不能超過0.1mm.并控制上下安裝平面的垂直度不能超過0.03 mm，外圓與內(nèi)孔同軸度不能超過0.03 mm.表面熱處理硬度擺動范圍不能超過HRC正負(fù)3度.表面粗糙度為去除材料的加工方式保證在3.2微米以內(nèi).功能：與下模外套連接，并傳遞扭矩給下模外套，實現(xiàn)與下模外套同步運轉(zhuǎn).

1.5.7.折彎輪：材料：Cr12mov，數(shù)量1件.技術(shù)要求：1.去除尖角，毛刺;2.熱處理HRC56--58;3.未注倒角均為R1;4.熱處理后精車至圖紙尺寸;5，清理干凈各孔（包括螺紋孔 ）;注意事項：與下模配合面尺寸公差要求不能超過0.1mm.并控制上下安裝平面的垂直度不能超過0.03 mm，外圓與內(nèi)孔同軸度不能超過0.03 mm.表面熱處理硬度擺動范圍不能超過HRC正負(fù)3度.表面粗糙度為去除材料的加工方式保證在1.6微米以內(nèi).功能：起到改變產(chǎn)品毛坯形狀及流向作用.

1.5.8.平輪：材料：Cr12mov，數(shù)量1件.技術(shù)要求：1.去除尖角，毛刺;2.熱處理HRC56--58;3.未注倒角均為R1;4.熱處理后精車至圖紙尺寸;5，清理干凈各孔（包括螺紋孔 ）;注意事項：與下模配合面尺寸公差要求不能超過0.1mm.并控制上下安裝平面的垂直度不能超過0.03 mm，外圓與內(nèi)孔同軸度不能超過0.03 mm.表面熱處理硬度擺動范圍不能超過HRC正負(fù)3度.表面粗糙度為去除材料的加工方式保證在1.6微米以內(nèi).功能：起到將產(chǎn)品毛坯流向定向成同一厚度作用.

1.5.9.50度預(yù)成型輪：材料：Cr12mov，數(shù)量1件.技術(shù)要求：1.去除尖角，毛刺;2.熱處理HRC56--58;3.未注倒角均為R1;4.熱處理后精車至圖紙尺寸;5，清理干凈各孔（包括螺紋孔 ）;注意事項：與下模配合面尺寸公差要求不能超過0.1mm.并控制上下安裝平面的垂直度不能超過0.03 mm，外圓與內(nèi)孔同軸度不能超過0.03 mm.表面熱處理硬度擺動范圍不能超過HRC正負(fù)3度.表面粗糙度為去除材料的加工方式保證在1.6微米以內(nèi).功能：起到預(yù)成型出50度齒作用.

1.5.10.40度預(yù)成型輪：材料：Cr12mov，數(shù)量1件.技術(shù)要求：1.去除尖角，毛刺;2.熱處理HRC56--58;3.未注倒角均為R1;4.熱處理后精車至圖紙尺寸;5，清理干凈各孔（包括螺紋孔 ）;注意事項：與下模配合面尺寸公差要求不能超過0.1mm.并控制上下安裝平面的垂直度不能超過0.03 mm，外圓與內(nèi)孔同軸度不能超過0.03 mm.表面熱處理硬度擺動范圍不能超過HRC正負(fù)3度.表面粗糙度為去除材料的加工方式保證在1.6微米以內(nèi).功能：起到終成型出40度齒作用.

2、結(jié)論：

從前面我們明白了旋壓技術(shù)及成型參數(shù)及毛坯設(shè)計，模具設(shè)計對汽車行業(yè)輕量化所起到的作用.旋壓技術(shù)提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，產(chǎn)品合格率有了較大的提高，提升了經(jīng)濟效益與社會效益.給汽車行業(yè)的輕量化發(fā)展起到了較大的作用.

參考文獻

[1]劉陶，龍思遠，李兵.模具技術(shù)2010.No.2編號：1001—4934（2010）02—0029—04 29 鎂合金筒形件旋壓成形工藝及模具設(shè)計

[2]殷沙.旋壓成型模具設(shè)計技術(shù) 北京：高等教育出版社，2009.

[3]程芳慶.旋壓技術(shù)在曲軸扭轉(zhuǎn)減震器成型中的應(yīng)用：CN：43-9000/TU，ISSN：2095-6630《建筑工程技術(shù)與設(shè)計》

作者簡介：程芳慶（1984-）男，漢，籍貫：廣西臨桂，職務(wù)：教師;職稱：工程師，高級企業(yè)管理咨詢師，學(xué)歷：碩士研究生，研究方向：中小企業(yè)運營與管理。