論曲軸扭轉減震器冷成型技術中旋壓模具設計的技巧及應用

程芳慶　朱名玉

摘要：隨著我國加入WTO以及經濟的飛速發展，在汽車行業為節約油耗能源慢慢的實現汽車輕量化，并實現汽車方面混合動力發動機，故在汽車生產所有企業里由原鑄件過度到鋼件并過度到鋁件的一個必然發展趨勢.在旋壓行業里，就是以鋼件代替鑄鐵件實現汽車輕量化的一個新穎技術并實現汽車行業可持續發展.

關鍵詞：冷成型、旋壓模具、曲軸扭轉減震器

旋壓技術是一項具有悠久歷史的傳統技術，據文獻記載最早起源于我國唐代，由制陶工藝發展出了金屬的旋壓工藝。到20世紀中葉以后，隨著工業的發展和宇航事業的開拓，普旋工藝大規模應用于金屬板料成形領域，從而促進了該工藝的研究與發展。在二十世紀中葉以后，普通旋壓有了以下三個方面的重大進展：一是，普通旋壓設備逐漸機械化與自動化，在20世紀50年代出現了模擬手工旋壓的設備，即采用液壓助力器等驅動旋輪往復移動，以實現進給和回程，因而減輕了勞動強度。二是，在20世紀60～70年代出現了能單向多道次進給的、電器液壓程序控制的半自動旋壓機。三是，由于電子技術的發展，于20世紀60年代后期，國外在半自動旋壓機的基礎上，發展了數控和錄返式旋壓機。這些設備的快速發展將旋壓工藝帶進了中、大批量化的生產中。

強力旋壓是上世紀五十年代在普通旋壓的基礎上發展起來的，最早是在瑞典、德國被用于民間工業（例如，加工鍋皿等容器）。由于旋壓工藝的先進性、經濟性和實用性，且該工藝具有變形力小，節約原材料等特點，在近四十年中，旋壓技術得到了長足的發展，不僅在航空航天領域，而且在化工、機械、輕工等民用工業中都得到了廣泛應用。目前，旋壓技術已日趨成熟，已經成為金屬壓力加工中的一個新的領域。近20年來，旋壓成形技術突飛猛進，高精度數控和錄返旋壓機不斷出現并迅速推廣應用，目前正向著系列化和標準化方向發展。在許多國家，如美國、俄羅斯、德國、日本和加拿大等國己生產出先進的標準化程度很高的旋壓設備，這些旋壓設備己基本定型，旋壓工藝穩定，產品多種多樣，應用范圍日益廣泛。

我國旋壓技術的發展狀況與國外先進水平相比有較大差距。但近年來取得了較大發展，許多產品精度和性能都接近或達到了國外較先進水平。國內許多研究所（如北航現代技術研究所、黑龍江省旋壓技術研究所、長春55所等）已經研制出了性能較好的旋壓機并配有性能最優的旋壓模具與旋壓技術.目前北京已成立全國旋壓協會，主要以技術探討與技術培訓為主，重點是與世界旋壓成型技術實現近接軌，本文主要介紹旋壓模具的設計與選材，希望能給廣大讀者一些借鑒。

1.旋壓模具選材與設計

1.1.模具零件介紹：旋壓模具零件主要包括：上模，下模芯，下模芯座，下模外套，下模外套支撐座，頂料套，旋壓輪等主要部件;

1.2.模具材料：上模（Cr12），下模芯（Cr12），下模芯座（45），下模外套（Cr12），下模外套支撐座（45），頂料套（40Cr），旋壓輪（Cr12Mov）;

綜上所述，模具與被旋壓產品接觸的均選用Cr12，間接接觸的均選用造價與處理便宜的45號鋼等材料，旋壓輪必須選用Cr12Mov，以上材料均是通過大量的實驗優先采用的材料，熱處理硬度為Cr12（HRC54-58），Cr12Mov（HRC56-58），此硬度不需要再回火處理，造價成本已調節至最低.

1.2.1.模具開模行程為380 mm，也就是說模具裝配后的總高度不能超過270 mm，

以此推算還有110 mm的產品放置空間.如上圖示.

1.2.2.如上圖示：封料部分，比如說齒邊厚度為1.2 mm，那么封料0.8 mm深，以此類推，均封住邊厚2/3即可.

1.2.3.產品定位面：模具要比產品待定位面大單邊0.1 mm，是指在產品此尺寸的基準值，放此余量主要考慮是產品的本身圓度等問題，放完余量后，公差定義為+0.1

/+0.03mm.

1.2.4.頂料部分讓開的目的是防止在合模過程中壓縮產品，致使高度變化.

1.2.5.扎齒紋目的是針對上面圖示這樣模腔空間太小的產品，需要增加此項，以增大合模摩擦力，以增加模具壽命.

1.2.6.所有模腔均可允許有最大一度的脫模角度，以便產品能夠順利頂出，但脫模基準要與產品要求的基準尺寸一致，一般設計在根部，也就是產品能順利測量部位.

1.2.7.外套與模芯配合公差為0.1-0.15 mm之間，此處為間隙配合.

在我們拿到新品要設計開發毛坯時，首先要評估與定義好工藝路線，比如是U，I還是W形毛坯，在定義好后，再進行每一步的模具及旋壓輪設計，其參數設定與數控車床類似，也就是X，Z兩個坐標，在此不詳細講解，具體因產品而異，比如在粗旋壓時，進給量與主軸轉速均設定為高進給，高轉速，越往精加工越低.

1.3旋壓模具設計及步驟：根據產品毛坯與終成型產品尺寸，性能，形狀結構等在CAD里計算出有效使用面積，并設計出總成圖，然后通過鏡像將總成圖導出，再將分零件圖逐一分解出來并標注出尺寸公差，形位公差，粗糙度，技術要求及加工方法等.

1.4總成圖紙設計：總成圖是由上模，折彎輪，平輪，下模芯，下模外套支撐座，下模法蘭，頂料套，50度成型輪，40度成型輪，下模外套，下模芯座，下模芯座連接花鍵四個組成.模具之間由不同的公差間隙或過盈等配合完成，并通過上模連接座與主軸上模連接，下模連接座與下模底盤傳動軸連接，實現傳動平穩，讓產品毛坯在旋壓輪與旋壓模具形成的有效的模腔空間內成型.通過旋壓參數設定與工藝步驟實現程序控制.致使產品制作出來后表面光滑，齒上無毛刺.

1.5.分零件圖設計

1.5.1.上模：材料：CR12，數量1件.技術要求：1.去除尖角，毛刺;2.熱處理HRC54--56;3.未注倒角均為R1;4.熱處理后精車至圖紙尺寸;5，清理干凈各孔（包括螺紋孔 ）;注意事項：與下模配合面尺寸公差要求不能超過0.1mm.并控制上下安裝平面的平行度不能超過0.03 mm，外圓與內孔同軸度不能超過0.03 mm.表面熱處理硬度擺動范圍不能超過HRC正負3度.表面粗糙度為去除材料的加工方式保證在3.2微米以內;功能：與旋壓機上主軸連接，并轉遞扭矩給產品毛坯，實現與下模同步運轉.

1.5.2.頂料塊：材料：CR12，數量1件.技術要求：1.去除尖角，毛刺;2.熱處理HRC54--56;3.未注倒角均為R1;4.熱處理后精車至圖紙尺寸;5，清理干凈各孔（包括螺紋孔 ）;注意事項：與下模配合面尺寸公差要求不能超過0.1mm.并控制上下安裝平面的平行度不能超過0.03 mm，外圓與內孔同軸度不能超過0.03 mm.表面熱處理硬度擺動范圍不能超過HRC正負3度.表面粗糙度為去除材料的加工方式保證在3.2微米以內;功能：與下模芯配合連接，起到產品上料時對產品毛坯限位，產品出料時將產品頂出.

1.5.3.下模芯：材料：CR12，數量1件.技術要求：1.去除尖角，毛刺;2.熱處理HRC54--56;3.未注倒角均為R1;4.熱處理后精車至圖紙尺寸;5，清理干凈各孔（包括螺紋孔 ）;注意事項：與下模配合面尺寸公差要求不能超過0.1mm.并控制上下安裝平面的垂直度不能超過0.03 mm，外圓與內孔同軸度不能超過0.03 mm.表面熱處理硬度擺動范圍不能超過HRC正負3度.表面粗糙度為去除材料的加工方式保證在3.2微米以內;功能：起到對產品毛坯定位，并形成有效的模腔空間.

1.5.4.下模芯座：材料：CR12，數量1件.技術要求：1.去除尖角，毛刺;2.熱處理HRC54--56;3.未注倒角均為R1;4.熱處理后精車至圖紙尺寸;5，清理干凈各孔（包括螺紋孔 ）;注意事項：與下模配合面尺寸公差要求不能超過0.1mm.并控制上下安裝平面的垂直度不能超過0.03 mm，外圓與內孔同軸度不能超過0.03 mm.表面熱處理硬度擺動范圍不能超過HRC正負3度.表面粗糙度為去除材料的加工方式保證在3.2微米以內.功能：與下模芯通過四個花鍵連接，并傳遞扭矩給產品毛坯，實現與上模同步運轉.

1.5.5.下模外套：材料：CR12，數量1件.技術要求：1.去除尖角，毛刺;2.熱處理HRC54--56;3.未注倒角均為R1;4.熱處理后精車至圖紙尺寸;5，清理干凈各孔（包括螺紋孔 ）;注意事項：與下模配合面尺寸公差要求不能超過0.1mm.并控制上下安裝平面的垂直度不能超過0.03 mm，外圓與內孔同軸度不能超過0.03 mm.表面熱處理硬度擺動范圍不能超過HRC正負3度.表面粗糙度為去除材料的加工方式保證在3.2微米以內.功能：與下模法蘭連接，控制產品成型時多余部份材料向外流出.

1.5.6.下模法蘭：材料：45號鋼，數量1件.技術要求：1.去除尖角，毛刺;2.熱處理HRC42--45;3.未注倒角均為R1;4.熱處理后精車至圖紙尺寸;5，清理干凈各孔（包括螺紋孔 ）;注意事項：與下模配合面尺寸公差要求不能超過0.1mm.并控制上下安裝平面的垂直度不能超過0.03 mm，外圓與內孔同軸度不能超過0.03 mm.表面熱處理硬度擺動范圍不能超過HRC正負3度.表面粗糙度為去除材料的加工方式保證在3.2微米以內.功能：與下模外套連接，并傳遞扭矩給下模外套，實現與下模外套同步運轉.

1.5.7.折彎輪：材料：Cr12mov，數量1件.技術要求：1.去除尖角，毛刺;2.熱處理HRC56--58;3.未注倒角均為R1;4.熱處理后精車至圖紙尺寸;5，清理干凈各孔（包括螺紋孔 ）;注意事項：與下模配合面尺寸公差要求不能超過0.1mm.并控制上下安裝平面的垂直度不能超過0.03 mm，外圓與內孔同軸度不能超過0.03 mm.表面熱處理硬度擺動范圍不能超過HRC正負3度.表面粗糙度為去除材料的加工方式保證在1.6微米以內.功能：起到改變產品毛坯形狀及流向作用.

1.5.8.平輪：材料：Cr12mov，數量1件.技術要求：1.去除尖角，毛刺;2.熱處理HRC56--58;3.未注倒角均為R1;4.熱處理后精車至圖紙尺寸;5，清理干凈各孔（包括螺紋孔 ）;注意事項：與下模配合面尺寸公差要求不能超過0.1mm.并控制上下安裝平面的垂直度不能超過0.03 mm，外圓與內孔同軸度不能超過0.03 mm.表面熱處理硬度擺動范圍不能超過HRC正負3度.表面粗糙度為去除材料的加工方式保證在1.6微米以內.功能：起到將產品毛坯流向定向成同一厚度作用.

1.5.9.50度預成型輪：材料：Cr12mov，數量1件.技術要求：1.去除尖角，毛刺;2.熱處理HRC56--58;3.未注倒角均為R1;4.熱處理后精車至圖紙尺寸;5，清理干凈各孔（包括螺紋孔 ）;注意事項：與下模配合面尺寸公差要求不能超過0.1mm.并控制上下安裝平面的垂直度不能超過0.03 mm，外圓與內孔同軸度不能超過0.03 mm.表面熱處理硬度擺動范圍不能超過HRC正負3度.表面粗糙度為去除材料的加工方式保證在1.6微米以內.功能：起到預成型出50度齒作用.

1.5.10.40度預成型輪：材料：Cr12mov，數量1件.技術要求：1.去除尖角，毛刺;2.熱處理HRC56--58;3.未注倒角均為R1;4.熱處理后精車至圖紙尺寸;5，清理干凈各孔（包括螺紋孔 ）;注意事項：與下模配合面尺寸公差要求不能超過0.1mm.并控制上下安裝平面的垂直度不能超過0.03 mm，外圓與內孔同軸度不能超過0.03 mm.表面熱處理硬度擺動范圍不能超過HRC正負3度.表面粗糙度為去除材料的加工方式保證在1.6微米以內.功能：起到終成型出40度齒作用.

2、結論：

從前面我們明白了旋壓技術及成型參數及毛坯設計，模具設計對汽車行業輕量化所起到的作用.旋壓技術提高了生產效率，降低了生產成本，產品合格率有了較大的提高，提升了經濟效益與社會效益.給汽車行業的輕量化發展起到了較大的作用.

參考文獻

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[2]殷沙.旋壓成型模具設計技術 北京：高等教育出版社，2009.

[3]程芳慶.旋壓技術在曲軸扭轉減震器成型中的應用：CN：43-9000/TU，ISSN：2095-6630《建筑工程技術與設計》

作者簡介：程芳慶（1984-）男，漢，籍貫：廣西臨桂，職務：教師;職稱：工程師，高級企業管理咨詢師，學歷：碩士研究生，研究方向：中小企業運營與管理。