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摘要：從塑性理論出發(fā)，在分析錐模聚料變形過程的基礎(chǔ)上，指明了錐模并不能有效防止長(zhǎng)軸類鍛件鐓粗失穩(wěn)，提出了以活動(dòng)芯套改變變形區(qū)長(zhǎng)度以徹底解決長(zhǎng)軸類鍛件壓縮失穩(wěn)的一種新型鐓粗工藝。
關(guān)鍵詞：鐓粗；失穩(wěn)；活動(dòng)芯套

一、前言

鐓粗工序廣泛應(yīng)用于鍛造生產(chǎn)中，使坯料的高度減小橫截面增大成為所需的幾何形狀，同時(shí)大大提高制件的機(jī)械力學(xué)性能指標(biāo)。對(duì)于高徑比較大的長(zhǎng)軸類鍛件，鐓粗剛開始時(shí)就會(huì)發(fā)生塑性失穩(wěn)，引起金屬的空間分布發(fā)生變化，軸線彎曲，不加控制就會(huì)發(fā)展為縱彎折疊，形成廢品，特別是由于金屬在模膛中分布不規(guī)則，部分模膛無法充滿而另一部分模膛中金屬過多向分模面流動(dòng)，導(dǎo)致成形力的急劇增大，產(chǎn)生較大偏載，損壞模具及設(shè)備，嚴(yán)重時(shí)會(huì)悶車，對(duì)生產(chǎn)危害極大，應(yīng)努力防止。傳統(tǒng)方法是限制其變形量，即采用如下兩條局部鐓粗規(guī)則：

局部鐓粗第一規(guī)則：當(dāng)坯料局部鐓粗長(zhǎng)度與直徑之比值�ⅵ眨鸡吩试S時(shí)，可將坯料一次鐓粗成任意形狀而不產(chǎn)生缺陷。通常，Ψ允許≤1.5～3.2。

局部鐓粗第二規(guī)則：當(dāng)�ⅵ眨睛吩试S時(shí)，坯料需多次在模具型腔內(nèi)積聚，直至�ⅵ眨鸡吩试S。

但采用這兩條規(guī)則設(shè)計(jì)工藝，并不能從根本上解決塑性失穩(wěn)，并且工步數(shù)較多，工序復(fù)雜。很多零件就采用其它方式生產(chǎn)，如氣門多采用擠壓工藝，但存在著對(duì)坯料要求較嚴(yán)、模具壽命較低、生產(chǎn)成本較高等缺點(diǎn)。

二、聚料的變形過程

聚料工序并不能有效防止塑性失穩(wěn)，以錐模聚料為例，利用坯料不變形部分作夾緊定位，對(duì)伸出部分坯料l進(jìn)行局部鐓粗變形，金屬變形過程如圖1所示。

在錐模下行的過程中，首先是錐底部分碰到坯料的上端面，坯料在錐模的壓迫下開始塑性變形，如圖1a。變形金屬的長(zhǎng)度l值始終等于錐底到下模的距離值，由于�ⅵ眨絣／d＞Ψ允許，金屬發(fā)生失穩(wěn)，坯料的軸線彎曲，圓柱面外鼓，直至碰到模具錐面而不能繼續(xù)向外彎曲，如圖1b，坯料就被錐模約束住，失穩(wěn)就被控制住不能發(fā)展下去。變形主要在模具型腔中進(jìn)行，直至充滿模膛，如圖1c。由此可見，錐模聚料工序中雖有塑性失穩(wěn)，金屬變形被模具型腔約束住，只要錐度設(shè)計(jì)合理，金屬能夠充滿模膛，失穩(wěn)的影響并不大。但當(dāng)�ⅵ罩迪鄬�(duì)Ψ允許較大時(shí)，需經(jīng)多次聚料，工序復(fù)雜。

圖1錐模聚料變形過程示意圖

三、活動(dòng)芯套鐓粗的變形過程

鐓粗工序中，只要�ⅵ眨絣／d＞Ψ允許，金屬就會(huì)失穩(wěn)。若能使變形金屬的長(zhǎng)度l始終小于d.Ψ允許，就能徹底消除失穩(wěn)。采用活動(dòng)芯套進(jìn)行鐓粗，金屬變形區(qū)域的長(zhǎng)度l始終很小，在整個(gè)變形過程中都不會(huì)出現(xiàn)塑性失穩(wěn)。

如圖2所示，活動(dòng)芯套以復(fù)位彈簧和導(dǎo)桿連接在下模上，與下模及頂桿是滑動(dòng)配合，坯料置于活動(dòng)芯套之中、頂桿之上。在模鍛過程中，上模首先與活動(dòng)芯套接觸，如圖2a所示。上模繼續(xù)下行，把活動(dòng)芯套壓下，露出坯料，暴露部分的金屬就發(fā)生鐓粗變形，如圖2b所示。由于變形部分金屬的長(zhǎng)度l值亦即上模與活動(dòng)芯套之間的間隙值，始終較小，在整個(gè)變形過程中軸線不會(huì)彎曲，不會(huì)失穩(wěn)，如圖2c所示。在模鍛終了時(shí)刻，活動(dòng)芯套碰到限位墊塊而位置固定，能保證模具幾何型腔的完整性與唯一性。

圖2活動(dòng)芯套鐓粗變形過程示意圖

采用活動(dòng)芯套進(jìn)行鐓粗時(shí)，影響變形金屬的長(zhǎng)度值l的因素很多，須進(jìn)行深入的理論分析，如用有限元法求解或是通過試驗(yàn)才能得到。金屬的變形類似于電鐓，是以堆積的方式進(jìn)行，頂部變形較大，工藝設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以不出現(xiàn)裂紋為準(zhǔn)則。還需注意的是，坯料和活動(dòng)芯套間的摩擦較大，須保持良好的潤(rùn)滑。

四、結(jié)論
高徑比較大的長(zhǎng)軸類鍛件采用鐓粗方式進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，用局部鐓粗規(guī)則設(shè)計(jì)工藝并不能消除塑性失穩(wěn)，且需多次聚料，工序復(fù)雜。若用擠壓方式進(jìn)行生產(chǎn)，模具壽命較低，生產(chǎn)成本較高。用活動(dòng)芯套進(jìn)行鐓粗，就能避免軸線失穩(wěn)，且具有工藝簡(jiǎn)單、適應(yīng)面廣、材料利用率高、模具壽命較高、生產(chǎn)率較高、生產(chǎn)成本較低等優(yōu)點(diǎn)，可望應(yīng)用于汽車半軸、發(fā)動(dòng)機(jī)氣門、螺釘螺栓等的精密模鍛工藝中。但該方法由于是堆積變形，鍛件的質(zhì)量問題還須深入研究，有待生產(chǎn)實(shí)踐的檢驗(yàn)與完善。

作者簡(jiǎn)介:楊雨春 華中理工大學(xué)塑性成形模擬及模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(430074)

參考文獻(xiàn)
［1］王祖唐，關(guān)廷棟，肖景容等.金屬塑性成形理論.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989.
［2］張志文.鍛造工藝學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988.

文章地址：http://shoneher.cn/Article/mjjs/200809/333.html