軸套類零件折疊缺陷分析及解決方法
作者：吳華春 上海安世亞太結(jié)構(gòu)應(yīng)用工程師
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導(dǎo)語
軸套是汽車傳動(dòng)件上的一個(gè)關(guān)鍵零件，由于在工作時(shí)受較大的沖擊載荷，其強(qiáng)度、韌性、表面硬度及耐疲勞性能要求較高。
折疊作為體積成形金屬件在成形過程中產(chǎn)生的缺陷，容易成為疲勞的裂紋源或者沖擊斷裂的源頭。因此，在軸套冷擠壓成形時(shí)必須預(yù)防折疊缺陷的出現(xiàn)。
下面以某一軸套出現(xiàn)的折疊缺陷為例說明此類缺陷的形成以及如何預(yù)防
01.軸套原冷擠壓成形工藝
▲ 圖-1 軸套零件圖
該類零件為軸對稱零件（如圖1所示），形狀較為復(fù)雜，其內(nèi)部為一圓柱孔和一半球孔，上端外側(cè)為2階凸緣臺(tái)階。
▲ 圖-2 軸套實(shí)體造型圖
▲ 圖-3 擠壓件圖
由于底部內(nèi)部圓錐部分，使用切削工藝滿足不了零件形狀尺寸的要求，因此，采用冷擠壓工藝作為其成形工藝，設(shè)計(jì)的擠壓件圖如圖3所示。
其擠壓工藝為：
■ 步驟一：鐓擠成形內(nèi)孔及凸緣部分；
■ 步驟二：反擠壓成形內(nèi)孔；
■ 步驟三：整形凸緣部分和保證零件的其他尺寸。
▲ 圖-4 軸套折疊缺陷
但是在進(jìn)行產(chǎn)品試模后，檢測產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)在完成第三道工序后（即整形），發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品存在折疊缺陷，如圖4所示。
02.折疊缺陷原因分析
從圖4中觀測，此處折疊是由于2股金屬在此處匯流形成。由于只是對最終產(chǎn)品進(jìn)行金屬流線分析，無法得到整個(gè)成形過程中的金屬流動(dòng)狀態(tài)，于是利用在體積成形領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的仿真軟件DEFORM進(jìn)行模擬。
▲ 圖-5 折疊處仿真流速圖
首先確認(rèn)DEFORM對折疊部位的仿真結(jié)果，如圖5所示。DEFORM模擬結(jié)果顯示其流速與物理試驗(yàn)測試結(jié)果能夠很好的吻合，說明采用DEFORM進(jìn)行仿真迭代可以替代現(xiàn)場部分試模的次數(shù)。
▲ 圖-6 軸套成形工藝流速圖
針對軸套成形在整形工序出現(xiàn)的折疊，同時(shí)查看先前2道工序的仿真結(jié)果，如圖6所示。
由模擬分析可得：
■ 對于鐓擠和反擠成形而言，從縱向看，由于鐓擠和反擠的縮口效應(yīng)，在短軸套成形區(qū)在擠壓的縮口部分及以上金屬流速最大，內(nèi)半球成形區(qū)其次；短軸套底部區(qū)域金屬流速最低。
■ 對于整形擠壓工序而言，擠壓的金屬的流動(dòng)速度如圖6 (c)，金屬的流動(dòng)速度與鐓擠和反擠相比，速度較低，而且速度較為均勻，但是可以明顯看出有反擠出的金屬在整形模具作用下，凸緣處金屬被反向擠回與底部整形向上流動(dòng)的金屬形成匯流，因此擠壓件的內(nèi)側(cè)部位，見圖6 (c)中的1處有明顯的裂紋。
03.解決方法
由于軸套內(nèi)部尺寸有較高要求，盡量不采用切削進(jìn)行余量去除，因此，在折疊消除方法中，修改模具圓角進(jìn)行預(yù)防，在此并不適用，另外在利用DEFORM進(jìn)行仿真時(shí)發(fā)現(xiàn)鐓擠時(shí)在內(nèi)側(cè)出現(xiàn)的少許空隙在反擠時(shí)有明顯增大，如圖7所示。
（a）鐓擠
（b）反擠
▲ 圖-7 軸套成形時(shí)空隙圖
因此，采用調(diào)整工藝的方法進(jìn)行折疊消除，其工藝為：正擠-鐓擠-反擠。各工序鍛件圖如圖8所示。采用新的工藝并進(jìn)行DEFORM仿真，結(jié)果符合要求，沒有折疊出現(xiàn)。
（a）正擠
（b）鐓擠
(c) 反擠
▲ 圖-8 各工序鍛件圖
04.總結(jié)
NO.1
針對軸對稱類的零件，如果出現(xiàn)匯流類折疊缺陷，可以采用調(diào)整成形工藝，盡量避免內(nèi)側(cè)的空隙出現(xiàn)，以減少后續(xù)工藝成形時(shí)金屬在此處匯聚。
NO.2
DEFORM軟件在進(jìn)行金屬體積成形類工藝仿真時(shí)，能夠預(yù)測各種缺陷，與物理試驗(yàn)相比，具有準(zhǔn)確、快速等特點(diǎn)，可以為工藝工程師提供非常好的幫助。
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