冲孔与预锻成形工艺技术优化

端部预备镦粗是冲孔工序得以顺利进行的基础。

为了减小冲孔力，除了选用具有合适的头部形状的冲头外，冲孔前毛坯的断面面积应大致与锻件相应断面面积相等或略小，由此可以减少冲孔过程中金属的反挤现象，使冲孔力较小。对于冲孔类锻件，一般应按锻件上较小断面的面积选取；对于厚壁件，原毛坯直径比孔直径大，冲孔前必须将连接处原毛坯夹细；对于薄壁件，原毛坯往往比孔的直径小，冲孔前毛坯与锻件连接处必须局部加粗至孔的直径；对于冲深孔的锻件，还应考虑毛坯前端的定位，以免在冲孔力作用下形成纵向弯曲。

图5-20 双锥体镦锻

1.冲孔次数

冲孔类锻件都需要冲孔，通孔锻件在冲孔后还须进行穿孔。冲孔时，为了易于将金属挤到四周，应采用适当的带圆弧形的锥形尖冲头（见图5-21a）。冲孔时，为了把不通孔的底部穿通，得到光洁的切口，冲孔冲头的底部必须是平的（见图5-21b）、带有刃口，同时冲孔长度不能太大，否则会因冲孔力太大而使锻件后端部挤出毛刺及裂缝，并使冲孔冲头磨损太快。

图5-21 冲孔示意

a）尖冲头冲孔 b）平冲头冲孔

对于较浅的孔，可以一次冲出；对于较深的孔，为了防止毛坯与冲头的弯曲与偏斜，应控制每次冲孔的深度不能太大，因而必须采用多次冲孔。冲孔次数根据锻件终成形尺寸的孔深l（其数值等于图5-21中尺寸a及c之和）和孔径d的比值l/d选定（按表5-11）。多次冲孔时，除第一次冲孔较浅外，其余各次的外孔深度应基本相等。

表5-11冲孔次数

2.终锻工步设计

平锻孔类锻件在终锻工步时只能获得带芯料的不通孔锻件，经下一道穿孔后，才能获得带通孔的锻件。芯料太厚，则在穿孔时使支承端面变形而拉出毛刺，或使锻件穿孔部分变形。芯料太薄，则在终锻冲头回程时易把锻件带走，芯料被拉断。

终锻工步冲孔形状的设计常有两种形式。

1）尖冲头冲孔，见图5-21a。这种冲孔方式适用于深孔（H/d₀>1）类环形件，l₀不宜过大，否则冲孔时易使锻件变形（表5-13）。其尺寸按下列各式设计（对于多工步镦锻，可直接参考图5-19设计）：l₀=Kd，c=0.5l₀，R₁=0.2d，R₂=0.4d<a，K系数见表5-12。冲头的常用顶端角度有60°、75°、90°、110°和120°。

表5-12K系数

2）平冲头冲孔，见图5-21b。其尺寸可按下列各式计算：l₀=2～10mm，R₁=（0.8～1.8）d，R₂=（0.1～0.15）d。

平冲头成形时需要力量较大但l₀较小，穿孔力量较小，穿孔质量较好。对于的浅孔件，常采用平冲头冲孔。

表5-13冲孔深度(www.xing528.com)

3.预锻工步设计

为了改善冲孔金属流动条件并易于充满型槽，需采用预锻工步。预锻根据其所带孔的大小而深浅不同。其预锻毛坯设计有以下要求：

1）浅孔厚壁锻件要求预锻毛坯形状如下（见图5-22）：

图5-22 浅孔厚壁锻件

D_锻′=D_锻或D_锻′=D_锻-（1～2）mm，a=5～20mm，H′=H+（8～15）mm，d_锻′=d_锻+（8～10）mm，预锻型槽不充满系数μ=1.1～1.2，d″_锻在满足上述条件后按体积不变原则计算确定。

2）浅孔薄壁锻件要求预锻毛坯形状如下（见图5-23）：

图5-23 浅孔薄壁锻件

D_锻′=D_锻-（0～2）mm，a=5～20mm，H′=H+（8～15）mm，d_锻′=d_锻+（8～10）mm，型槽不充满系数μ=1.1～1.2，D″_锻及b在满足上述条件后按体积不变原则计算确定。

3）深孔厚壁锻件要求预锻毛坯形状如下（见图5-24）：

图5-24 深孔厚壁锻件

D_锻′=D_锻或D_锻′=D_锻-（1～2）mm，d_锻′=d_锻+（8～10）mm，D″_锻=D_锻-（0～2）mm，计算时尽量使D_锻′²₂=D²_锻2-d²_锻，D_锻′₁=D_锻1，H₂=H+（5～10）mm，H₁=H₂+（5～10）mm，α′＜α，每道工步的冲头斜度β保持不变。

4）深孔薄壁锻件要求预锻毛坯形状如下（见图5-25）：

图5-25 深孔薄壁锻件

D_锻′=D_锻-（0～2）mm，d_锻′=d_锻+（8～10）mm，D″_锻=D_锻-（0～2）mm，a=5～20mm。为避免金属变形时倒流，计算时尽量使d²₁=D²_锻-d²_锻，锻件高度H₁、H₂和冲头斜度β、α′、α要求与深孔厚壁锻件相同。