縮頸成形的案例
轎車變速器中間軸的冷擠壓成形技術(shù)研究
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(wěn)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(wěn)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(wěn)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(jìn)行數(shù)值模擬，采用Pro/E三維實體軟件繪制相關(guān)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(shè)置為剛性體，坯料（或鍛件）設(shè)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(shè)為室溫20℃。模擬分析中材料選用20CrMnTiTempo，退火狀態(tài)，等網(wǎng)格尺寸值設(shè)為1，摩擦文件（與模具）、熱交換文件（與模具）設(shè)置為中等，儲存步長設(shè)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(jīng)模擬，可以看出各工序變形均勻穩(wěn)定，網(wǎng)格沒有發(fā)生畸變，模具充填充分，鍛件形狀達(dá)到設(shè)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 大直徑薄壁鋼管縮徑成形工藝研究
汽車車軸多采用鋼管制造，兩端需要進(jìn)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(jīng)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(jìn)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(fù)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(jìn)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(xiàn)失穩(wěn)，成形質(zhì)量的好壞有多種因素，主要有模具參數(shù)，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(yīng)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(jù)此制定了雙頭三工位臥式擠壓機方案。
原材料鋼管參數(shù)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(xué)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(xué)性能與35Mn 接近，35Mn 力學(xué)性能：σs≥335MPa，σb≥560MPa。對應(yīng)國際標(biāo)準(zhǔn)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(shù)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(shù)據(jù)：外徑D=150mm，內(nèi)徑d=143mm，得F=560kN。
展開 介紹幾種不能接受的汽車沖壓件質(zhì)量缺陷
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(guān)重要的影響。根據(jù)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(yán)重影響覆蓋件油漆后的外觀質(zhì)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(fù)。
以上這些質(zhì)量缺陷非常明顯，影響到汽車整車的外觀和內(nèi)在質(zhì)量，在汽車沖壓件的生產(chǎn)加工中一定要引起高度重視。
我國鋁車輪鍛造技術(shù)及成形裝備的發(fā)展
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(fù)合工藝流程圖
直鍛旋壓復(fù)合生產(chǎn)線可以實現(xiàn)年產(chǎn)40萬只轎車輪光板毛坯或年產(chǎn)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(dá)以及轎車改裝市場的日益發(fā)展壯大，國內(nèi)采用該工藝的廠家越來越多，至2017年底統(tǒng)計已有近15條直鍛旋壓復(fù)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(yè)、內(nèi)蒙古中鈺、山東正宇公司等等，圖4為采用直鍛旋壓復(fù)合工藝生產(chǎn)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(chǎn)工藝是采用輾鍛機+擴(kuò)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(chǎn)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(xù)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(xù)輪輞旋壓處沒有魚鱗皮的壓入，提高了鍛坯的質(zhì)量，卡車輪的輾鍛過程如圖6所示。
圖4 直鍛旋壓復(fù)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(chǎn)線可以實現(xiàn)年產(chǎn)20萬只卡巴輪或光板轎車輪，適合于小批量售后市場，國內(nèi)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(chǎn)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(kuò)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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