轴套类零件折叠缺陷分析及解决方法

1、轴套原冷挤压成形工艺

▲ 图-1 轴套零件图

该类零件为轴对称零件（如图1所示），形状较为复杂，其内部为一圆柱孔和一半球孔，上端外侧为2阶凸缘台阶。

▲ 图-2 轴套实体造型图▲ 图-3 挤压件图

由于底部内部圆锥部分，使用切削工艺满足不了零件形状尺寸的要求，因此，采用冷挤压工艺作为其成形工艺，设计的挤压件图如图3所示。

其挤压工艺为：

• 步骤一：镦挤成形内孔及凸缘部分；

• 步骤二：反挤压成形内孔；

• 步骤三：整形凸缘部分和保证零件的其他尺寸。

但是在进行产品试模后，检测产品，发现在完成第三道工序后（即整形），发现产品存在折叠缺陷，如图4所示。

2、折叠缺陷原因分析

从图4中观测，此处折叠是由于2股金属在此处汇流形成。由于只是对最终产品进行金属流线分析，无法得到整个成形过程中的金属流动状态，于是利用在体积成形领域应用最广泛的仿真软件DEFORM进行模拟。

▲ 图-5 折叠处仿真流速图

首先确认DEFORM对折叠部位的仿真结果，如图5所示。DEFORM模拟结果显示其流速与物理试验测试结果能够很好的吻合，说明采用DEFORM进行仿真迭代可以替代现场部分试模的次数。

▲ 图-6 轴套成形工艺流速图

针对轴套成形在整形工序出现的折叠，同时查看先前2道工序的仿真结果，如图6所示。

 由模拟分析可得：

对于镦挤和反挤成形而言，从纵向看，由于镦挤和反挤的缩口效应，在短轴套成形区在挤压的缩口部分及以上金属流速最大，内半球成形区其次；短轴套底部区域金属流速最低。

对于整形挤压工序而言，挤压的金属的流动速度如图6 (c)，金属的流动速度与镦挤和反挤相比，速度较低，而且速度较为均匀，但是可以明显看出有反挤出的金属在整形模具作用下，凸缘处金属被反向挤回与底部整形向上流动的金属形成汇流，因此挤压件的内侧部位，见图6 (c)中的1处有明显的裂纹。

3、解决方法

由于轴套内部尺寸有较高要求，尽量不采用切削进行余量去除，因此，在折叠消除方法中，修改模具圆角进行预防，在此并不适用，另外在利用DEFORM进行仿真时发现镦挤时在内侧出现的少许空隙在反挤时有明显增大，如图7所示。

▲（a）镦挤（b）反挤， 图-7 轴套成形时空隙图

因此，采用调整工艺的方法进行折叠消除，其工艺为：正挤-镦挤-反挤。各工序锻件图如图8所示。采用新的工艺并进行DEFORM仿真，结果符合要求，没有折叠出现。

（a）正挤（b）镦挤(c) 反挤

▲ 图-8 各工序锻件图

4、总结

• 针对轴对称类的零件，如果出现汇流类折叠缺陷，可以采用调整成形工艺，尽量避免内侧的空隙出现，以减少后续工艺成形时金属在此处汇聚。

• DEFORM软件在进行金属体积成形类工艺仿真时，能够预测各种缺陷，与物理试验相比，具有准确、快速等特点，可以为工艺工程师提供非常好的帮助。