縮頸成形
關注創建者：匿名 創建時間：2022-04-12
縮頸成形的實例教程
圖3 FORGE成形模擬
圖4 各工步實物照片
成形模擬及成形力
利用模擬軟件驗證以上工藝的可行性。
第1序模擬過程中，鍛件成形穩定，縮頸成形力在80t左右，聚料鐓粗的成形力為270t，成形較好，成形力分配較合理。圖5所示為中間軸第1序成形狀況及成形力。
圖5 中間軸第1序成形狀況及成形力
第2序模擬過程中，鍛件成形穩定，縮頸成形力在82t左右，聚料鐓粗的成形力為300t，成形較好，成形力分配較合理。圖6所示為中間軸第2序成形狀況及成形力。
圖6 中間軸第2序成形狀況及成形力
第3序模擬過程中，鍛件成形穩定，縮頸成形力在100t左右，聚料鐓粗的成形力將近700t，成形較好，成形力分配較合理。圖7所示中間軸第3序成形狀況及成形力。
圖7 中間軸第3序成形狀況及成形力
有限元成形模擬分析
用FORGE軟件進行數值模擬，采用Pro/E三維實體軟件繪制相關模具、坯料模型，然后保存為STP格式。考慮到模具的彈性變形量相對較小，同時為了簡化模擬過程，將模具設置為剛性體，坯料（或鍛件）設置為塑性體。又因為是冷擠壓鍛造，將模具、坯料的初始溫度設為室溫20℃。模擬分析中材料選用20CrMnTiTempo，退火狀態，等網格尺寸值設為1，摩擦文件（與模具）、熱交換文件（與模具）設置為中等，儲存步長設置1；定義壓機為機械壓機。成形過程如圖8所示。
(a)坯料 (b)成形1 (c)成形2 (d)終成形
圖8 成形過程模擬
經模擬，可以看出各工序變形均勻穩定，網格沒有發生畸變，模具充填充分，鍛件形狀達到設計要求，芯部沒有錯裂。
球化退火
球化退火是一種常用的熱處理工藝，主要適用于各種高碳工具鋼。
展開 汽車車軸多采用鋼管制造，兩端需要進行縮頸，再焊接半軸。制造重型車橋、車軸的材料一般為厚壁鋼管，可采用多次冷縮頸或熱縮頸工藝。厚壁鋼管的縮頸成形工藝已經較為成熟，目前薄壁鋼管縮徑成形方面的研究報道還較少，夏巨諶等人對薄壁鋼管縮徑成形過程進行了理論分析和有限元模擬；劉超，王連東等研究汽車橋殼管坯推擠—拉拔復合縮徑成形工藝；楊鑫報道了高強鋼管縮徑旋壓成形性能及工藝，并進行了大量的理論和實驗驗證。
薄壁鋼管縮頸成形時容易出現失穩，成形質量的好壞有多種因素，主要有模具參數，減徑量、潤滑條件等。
薄壁鋼管的縮徑成形過程可分為剛性滑入、縮徑變形、反彎曲和擠壓四個階段。總的縮徑變形比大于其極限變形比時，需要采取多次縮徑，且每次縮徑比應小于極限縮徑比。
本文采用三維金屬成形分析軟件DEFORM 分析研究并擬定了一種大直徑薄壁鋼管的縮徑成形工藝，并據此制定了雙頭三工位臥式擠壓機方案。
原材料鋼管參數和成形件尺寸如圖1 所示，材料：B510L，GB/T 3273-2015，汽車大梁用熱軋鋼。
圖1 大直徑薄壁鋼管成形前后形狀及尺寸
力學性能：屈服強度不小于355MPa，抗拉強度在510～610MPa 之間，斷后延伸率大于等于24%。
其力學性能與35Mn 接近，35Mn 力學性能：σs≥335MPa，σb≥560MPa。對應國際標準的材料為AISI 1035，或S35C，或BS 080A35。擠壓過程中工件和模具之間的摩擦系數μ 為0.1，擠壓前需要在軸管變形段涂刷石墨乳。
按鋼管中間未變形段能承受擠壓支撐力計算，可知該鋼管中間能承受的最大擠壓力：
F=σsA=σsπ(D2－d2)/4
代入數據：外徑D=150mm，內徑d=143mm，得F=560kN。
展開 2.縮頸是沖壓件成形過程中潛在的危險破裂點，對沖壓件的功能、強度、耐疲勞有著至關重要的影響。根據縮頸的程度判定沖壓件是否合格、返修、報廢等。外覆蓋件縮頸影響整車外觀，客戶是不可接受的；
3.坑包的存在嚴重影響覆蓋件油漆后的外觀質量，是客戶所不能容忍的缺陷。大面積坑包還影響制件強度、疲勞度、無法修復。
以上這些質量缺陷非常明顯，影響到汽車整車的外觀和內在質量，在汽車沖壓件的生產加工中一定要引起高度重視。
圖1 萬能五步成形工藝流程圖
圖2 五步成形過程毛坯圖
圖3 直鍛旋壓復合工藝流程圖
直鍛旋壓復合生產線可以實現年產40萬只轎車輪光板毛坯或年產30萬只卡巴輪，適合于OEM方式的卡巴輪供貨或售后市場的改裝轎車輪轂，隨著我國公路運輸限載令的下達以及轎車改裝市場的日益發展壯大，國內采用該工藝的廠家越來越多，至2017年底統計已有近15條直鍛旋壓復合鍛造線，典型的公司有江蘇珀然股份、浙江宏鑫、山西銀光華盛鎂業、內蒙古中鈺、山東正宇公司等等，圖4為采用直鍛旋壓復合工藝生產卡車輪的中間各工序毛坯。
短流程工藝
短流程鋁合金車輪生產工藝是采用輾鍛機+擴口機+旋壓機的三步成形工藝（或輾鍛前增加鐓粗工序的四步成形工藝），該工藝適合于生產小批量的卡車和客車車輪，以及售后市場轎車光板車輪，工藝流程如圖5所示。
輾鍛工藝類似于擺輾工藝，是一種坯料局部的連續接觸加壓積累變形，因此該工藝所需的成形力小于模鍛工藝，由于輾鍛機的上、下工作臺之間呈一個固定角度，因此在成形過程中棒料的魚鱗皮被翻到背腔，輪輻正表面以及后續輪輞旋壓處沒有魚鱗皮的壓入，提高了鍛坯的質量，卡車輪的輾鍛過程如圖6所示。
圖4 直鍛旋壓復合工藝毛坯圖
圖5 短流程工藝流程圖
圖6 卡車輪輾鍛過程
短流程生產線可以實現年產20萬只卡巴輪或光板轎車輪，適合于小批量售后市場，國內采用該工藝的典型公司有浙江宏鑫、秦皇島新輕車輪以及福建正興車輪等。
純直鍛工藝
顧名思義純直鍛工藝就是生產過程中，不采用強力旋壓工序，車輪的輪輻采用模鍛工藝成形，輪輞采用擴口翻邊或者收口縮頸的工藝成形，工藝流程如圖7所示。
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縮頸成形的最新內容
厚壁鋼管的縮頸成形工藝已經較為成熟，目前薄壁鋼管縮徑成形方面的研究報道還較少，夏巨諶等人對薄壁鋼管縮徑成形過程進行了理論分析和有限元模擬；劉超，王連東等研究汽車橋殼管坯推擠—拉拔復合縮徑成形工藝；楊鑫報道了高強鋼管縮徑旋壓成形性能及工藝，并進行了大量的理論和實驗驗證。
薄壁鋼管縮頸成形時容易出現失穩，成形質量的好壞有多種因素，主要有模具參數，減徑量、潤滑條件等。
2.縮頸是沖壓件成形過程中潛在的危險破裂點，對沖壓件的功能、強度、耐疲勞有著至關重要的影響。根據縮頸的程度判定沖壓件是否合格、返修、報廢等。外覆蓋件縮頸影響整車外觀，客戶是不可接受的；
3.坑包的存在嚴重影響覆蓋件油漆后的外觀質量，是客戶所不能容忍的缺陷。大面積坑包還影響制件強度、疲勞度、無法修復。
純直鍛工藝
顧名思義純直鍛工藝就是生產過程中，不采用強力旋壓工序，車輪的輪輻采用模鍛工藝成形，輪輞采用擴口翻邊或者收口縮頸的工藝成形，工藝流程如圖7所示。
圖7 純直鍛工藝流程圖
該工藝可以生產卡車和轎車車輪，此工藝路線簡單，設備投資少，但是材料利用率相對較低，由于輪輞未經過強力旋壓，因此輪輞部位的晶粒沒有明顯的細化，國內采用該工藝的典型公司有河北鎂輪鎂合金科技有限公司等。
第1序模擬過程中，鍛件成形穩定，縮頸成形力在80t左右，聚料鐓粗的成形力為270t，成形較好，成形力分配較合理。圖5所示為中間軸第1序成形狀況及成形力。
圖5 中間軸第1序成形狀況及成形力
第2序模擬過程中，鍛件成形穩定，縮頸成形力在82t左右，聚料鐓粗的成形力為300t，成形較好，成形力分配較合理。圖6所示為中間軸第2序成形狀況及成形力。
