溫擠壓成形工藝的案例
DEFORM金屬擠壓成形工藝數值模擬技術
1 前言
金屬擠壓成形是用壓力機和模具對放置在模具腔內的金屬坯料施加強大的壓力使金屬坯料產生定向塑性變形，從擠壓模的模孔中擠出而獲得所需斷面形狀、尺寸且具有一定力學性能的零件或半成品的塑性加工方法。擠壓成形的種類很多，例如按照金屬塑變流動方向可分為正擠壓、反擠壓、復合擠壓及徑向擠壓。按照金屬坯料溫度分冷擠壓、溫擠壓和熱擠壓等。
2 擠壓成形工藝優勢及面臨問題
擠壓成形與其它的金屬成形加工方法相比具有明顯的優勢，可以用少量的工序完成復雜零件的成形加工，例如各種形狀復雜的深孔、薄壁和異形截面零。零件尺寸精度高，表面質量好，生產效率高，擠壓零件不需要或僅需要少量的切削加工，大大節約材料。
不過由于擠壓成形工藝特點，在生產過程中也有許多需要克服的難點。對模具的要求較高，要求模具要有較高的強度。對于冷擠壓，坯料一般需要經過軟化處理及表面潤滑處理，擠壓成形后，工件還需消除內應力才能使用；對于被擠壓的金屬材料要求有較高的塑性及低的屈服極限和冷硬性，目前常用于冷擠壓的材料有：有色金屬，低碳鋼，低合金鋼，不銹鋼，鈦和鈦合金等。除此之外在擠壓成形過程中工件經常會出現各種缺陷從而導致零件無法達到實際要求，常見的缺陷有：表面折疊、表面折縫、縮孔和裂紋等。目前國內企業在面臨這些問題時大多采用試錯法，也就是完全憑工程師經驗進行大量的實際試驗，這種方法的弊端在于對工程師經驗依賴性大，經驗又難以快速進行有效地積累和傳承，通過多次的實際試驗使得產品的生產周期長，成本增加，質量不高。因此相關企業需要一種有效地工具來面臨挑戰，專業金屬成形工藝數值模擬工具DEFORM便可以為這些難題提供相應的解決方案。
展開 一種車用攝像頭殼體冷擠壓成形工藝與模具設計
產品及生產工藝
產品信息
材料使用工業純鋁，牌號1070A，純鋁塑性好，易于冷擠壓成形。產品長寬高尺寸為23mm×23mm×17.5mm，輪廓尺寸公差±0.05mm，體積2038mm3，重量5.5g。因冷擠壓后的產品尺寸和表面粗糙度滿足要求，故鍛后無CNC加工，產品圖如圖1所示。
圖1 產品圖
設備選型
此系列產品冷擠壓成形噸位預估不足60t，雖然成形噸位小，但因設備噸位限制，故只能選用500t油壓機。
成形工藝與模具設計
此系列產品結構可使用型材冷擠壓一次成形，冷擠壓對坯料重量、體積和端面的要求較高，需采用精密鋸切下料。型材鋸切后的坯料形狀、尺寸見圖2；模具結構簡圖如圖3所示。
圖2 坯料形狀與尺寸
圖3 部分模具結構簡圖
上模芯在向下運動過程中，頭部的導向桿穿過坯料中心孔，與下模頂桿接觸發生導向；上模芯再繼續向下運動，中部方形桿與下模芯接觸發生二次導向，故對模具材料和加工精度要求較高，否則極易引起上模芯偏載斷裂。在退料后，下模頂桿依靠重力和下模頂桿彈簧的作用恢復到位。
成形與模具應力模擬分析
模擬參數設定
原材料尺寸：長寬高為22.6mm×22.6mm×5.3mm，重量約5.5g；網格劃分：網格數量為102863個，最小網格尺寸為0.385mm，網格比例2.5；摩擦系數：剪切摩擦系數0.2；運動與步長：上模運動速度1mm/s，步長值0.035mm。
模擬結果分析
模擬成形終步產品填充情況與產品尺寸(386步)，如圖4所示。
圖4 成形終步產品尺寸
等效應變分布云圖如圖5所示，成形過程中，殼體的等效應變分布較為均勻，最大值不大于3.9；最大等效應變出現在成形終步，位于殼體頭部毛刺位置，最大值5.93。
展開 特殊噴丸工藝在外星輪溫鍛成形沖頭生產中的應用
汽車萬向節鍛件溫鍛工藝由冷鍛工藝補充發展而來，現已成為一項專門的成形技術。溫鍛生產使用的溫鍛成形沖頭性能穩定且壽命高，是大批量溫鍛生產自動化持續進行的前提。某節型外星輪鍛件溫鍛生產時四工位沖頭壽命較低、換模頻繁，致使生產效率降低、生產成本增高，我們通過對增加ABP特殊噴丸工藝的模具制造工藝進行優化，使得模具壽命得到了提高，從而帶動了生產效率的提升和生產成本的下降，且使用新工藝生產的鍛件質量穩定，滿足了汽車萬向節鍛件大批量生產的要求。本文簡要地介紹了ABP特殊噴丸工藝在外星輪溫鍛成形沖頭生產中的應用。
外星輪溫鍛成形沖頭模具設計、失效分析及ABP特殊噴丸工藝
外星輪溫鍛成形沖頭模具設計
針對外星輪溫鍛件冷溫鍛生產的特點，將坯料在中頻加熱爐加熱到850～940℃，在20MN溫鍛壓力機上采用四個工位模具型腔進行四工步溫鍛成形，使用石墨自動潤滑系統對沖頭進行潤滑和冷卻，使用四工位最終球道內腔成形沖頭，使用真空淬火+四次回火熱處理工藝，硬度50～52HRC。模具材料牌號：1.2367（X40CrMoV53），表1為1.2367鋼典型化學成分。
外星輪溫鍛成形沖頭失效分析
對下線模具鋼材化學成分進行檢查合格，金相檢查也合格。對沖頭失效形式進行統計后發現，90%以上的沖頭失效形式為裂紋，其中倒角R1處開裂比例較大，如圖1所示。模具開裂是由于模具在交變應力和交變熱應力的反復作用下產生的熱疲勞裂紋在尖角應力集中處擴展導致的。倒角R1處裂紋產生的原因，一方面是由于倒角處所受交變應力的作用，另一方面是由于鍛件塑性變形過程中沖頭R1倒角局部受到較大的應力。
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