论曲轴扭转减震器冷成型技术中旋压模具设计的技巧及应用

程芳庆　朱名玉

摘要：随着我国加入WTO以及经济的飞速发展，在汽车行业为节约油耗能源慢慢的实现汽车轻量化，并实现汽车方面混合动力发动机，故在汽车生产所有企业里由原铸件过度到钢件并过度到铝件的一个必然发展趋势.在旋压行业里，就是以钢件代替铸铁件实现汽车轻量化的一个新颖技术并实现汽车行业可持续发展.

关键词：冷成型、旋压模具、曲轴扭转减震器

旋压技术是一项具有悠久历史的传统技术，据文献记载最早起源于我国唐代，由制陶工艺发展出了金属的旋压工艺。到20世纪中叶以后，随着工业的发展和宇航事业的开拓，普旋工艺大规模应用于金属板料成形领域，从而促进了该工艺的研究与发展。在二十世纪中叶以后，普通旋压有了以下三个方面的重大进展：一是，普通旋压设备逐渐机械化与自动化，在20世纪50年代出现了模拟手工旋压的设备，即采用液压助力器等驱动旋轮往复移动，以实现进给和回程，因而减轻了劳动强度。二是，在20世纪60～70年代出现了能单向多道次进给的、电器液压程序控制的半自动旋压机。三是，由于电子技术的发展，于20世纪60年代后期，国外在半自动旋压机的基础上，发展了数控和录返式旋压机。这些设备的快速发展将旋压工艺带进了中、大批量化的生产中。

强力旋压是上世纪五十年代在普通旋压的基础上发展起来的，最早是在瑞典、德国被用于民间工业（例如，加工锅皿等容器）。由于旋压工艺的先进性、经济性和实用性，且该工艺具有变形力小，节约原材料等特点，在近四十年中，旋压技术得到了长足的发展，不仅在航空航天领域，而且在化工、机械、轻工等民用工业中都得到了广泛应用。目前，旋压技术已日趋成熟，已经成为金属压力加工中的一个新的领域。近20年来，旋压成形技术突飞猛进，高精度数控和录返旋压机不断出现并迅速推广应用，目前正向着系列化和标准化方向发展。在许多国家，如美国、俄罗斯、德国、日本和加拿大等国己生产出先进的标准化程度很高的旋压设备，这些旋压设备己基本定型，旋压工艺稳定，产品多种多样，应用范围日益广泛。

我国旋压技术的发展状况与国外先进水平相比有较大差距。但近年来取得了较大发展，许多产品精度和性能都接近或达到了国外较先进水平。国内许多研究所（如北航现代技术研究所、黑龙江省旋压技术研究所、长春55所等）已经研制出了性能较好的旋压机并配有性能最优的旋压模具与旋压技术.目前北京已成立全国旋压协会，主要以技术探讨与技术培训为主，重点是与世界旋压成型技术实现近接轨，本文主要介绍旋压模具的设计与选材，希望能给广大读者一些借鉴。

1.旋压模具选材与设计

1.1.模具零件介绍：旋压模具零件主要包括：上模，下模芯，下模芯座，下模外套，下模外套支撑座，顶料套，旋压轮等主要部件;

1.2.模具材料：上模（Cr12），下模芯（Cr12），下模芯座（45），下模外套（Cr12），下模外套支撑座（45），顶料套（40Cr），旋压轮（Cr12Mov）;

综上所述，模具与被旋压产品接触的均选用Cr12，间接接触的均选用造价与处理便宜的45号钢等材料，旋压轮必须选用Cr12Mov，以上材料均是通过大量的实验优先采用的材料，热处理硬度为Cr12（HRC54-58），Cr12Mov（HRC56-58），此硬度不需要再回火处理，造价成本已调节至最低.

1.2.1.模具开模行程为380 mm，也就是说模具装配后的总高度不能超过270 mm，

以此推算还有110 mm的产品放置空间.如上图示.

1.2.2.如上图示：封料部分，比如说齿边厚度为1.2 mm，那么封料0.8 mm深，以此类推，均封住边厚2/3即可.

1.2.3.产品定位面：模具要比产品待定位面大单边0.1 mm，是指在产品此尺寸的基准值，放此余量主要考虑是产品的本身圆度等问题，放完余量后，公差定义为+0.1

/+0.03mm.

1.2.4.顶料部分让开的目的是防止在合模过程中压缩产品，致使高度变化.

1.2.5.扎齿纹目的是针对上面图示这样模腔空间太小的产品，需要增加此项，以增大合模摩擦力，以增加模具寿命.

1.2.6.所有模腔均可允许有最大一度的脱模角度，以便产品能够顺利顶出，但脱模基准要与产品要求的基准尺寸一致，一般设计在根部，也就是产品能顺利测量部位.

1.2.7.外套与模芯配合公差为0.1-0.15 mm之间，此处为间隙配合.

在我们拿到新品要设计开发毛坯时，首先要评估与定义好工艺路线，比如是U，I还是W形毛坯，在定义好后，再进行每一步的模具及旋压轮设计，其参数设定与数控车床类似，也就是X，Z两个坐标，在此不详细讲解，具体因产品而异，比如在粗旋压时，进给量与主轴转速均设定为高进给，高转速，越往精加工越低.

1.3旋压模具设计及步骤：根据产品毛坯与终成型产品尺寸，性能，形状结构等在CAD里计算出有效使用面积，并设计出总成图，然后通过镜像将总成图导出，再将分零件图逐一分解出来并标注出尺寸公差，形位公差，粗糙度，技术要求及加工方法等.

1.4总成图纸设计：总成图是由上模，折弯轮，平轮，下模芯，下模外套支撑座，下模法兰，顶料套，50度成型轮，40度成型轮，下模外套，下模芯座，下模芯座连接花键四个组成.模具之间由不同的公差间隙或过盈等配合完成，并通过上模连接座与主轴上模连接，下模连接座与下模底盘传动轴连接，实现传动平稳，让产品毛坯在旋压轮与旋压模具形成的有效的模腔空间内成型.通过旋压参数设定与工艺步骤实现程序控制.致使产品制作出来后表面光滑，齿上无毛刺.

1.5.分零件图设计

1.5.1.上模：材料：CR12，数量1件.技术要求：1.去除尖角，毛刺;2.熱处理HRC54--56;3.未注倒角均为R1;4.热处理后精车至图纸尺寸;5，清理干净各孔（包括螺纹孔 ）;注意事项：与下模配合面尺寸公差要求不能超过0.1mm.并控制上下安装平面的平行度不能超过0.03 mm，外圆与内孔同轴度不能超过0.03 mm.表面热处理硬度摆动范围不能超过HRC正负3度.表面粗糙度为去除材料的加工方式保证在3.2微米以内;功能：与旋压机上主轴连接，并转递扭矩给产品毛坯，实现与下模同步运转.

1.5.2.顶料块：材料：CR12，数量1件.技术要求：1.去除尖角，毛刺;2.热处理HRC54--56;3.未注倒角均为R1;4.热处理后精车至图纸尺寸;5，清理干净各孔（包括螺纹孔 ）;注意事项：与下模配合面尺寸公差要求不能超过0.1mm.并控制上下安装平面的平行度不能超过0.03 mm，外圆与内孔同轴度不能超过0.03 mm.表面热处理硬度摆动范围不能超过HRC正负3度.表面粗糙度为去除材料的加工方式保证在3.2微米以内;功能：與下模芯配合连接，起到产品上料时对产品毛坯限位，产品出料时将产品顶出.

1.5.3.下模芯：材料：CR12，数量1件.技术要求：1.去除尖角，毛刺;2.热处理HRC54--56;3.未注倒角均为R1;4.热处理后精车至图纸尺寸;5，清理干净各孔（包括螺纹孔 ）;注意事项：与下模配合面尺寸公差要求不能超过0.1mm.并控制上下安装平面的垂直度不能超过0.03 mm，外圆与内孔同轴度不能超过0.03 mm.表面热处理硬度摆动范围不能超过HRC正负3度.表面粗糙度为去除材料的加工方式保证在3.2微米以内;功能：起到对产品毛坯定位，并形成有效的模腔空间.

1.5.4.下模芯座：材料：CR12，数量1件.技术要求：1.去除尖角，毛刺;2.热处理HRC54--56;3.未注倒角均为R1;4.热处理后精车至图纸尺寸;5，清理干净各孔（包括螺纹孔 ）;注意事项：与下模配合面尺寸公差要求不能超过0.1mm.并控制上下安装平面的垂直度不能超过0.03 mm，外圆与内孔同轴度不能超过0.03 mm.表面热处理硬度摆动范围不能超过HRC正负3度.表面粗糙度为去除材料的加工方式保证在3.2微米以内.功能：与下模芯通过四个花键连接，并传递扭矩给产品毛坯，实现与上模同步运转.

1.5.5.下模外套：材料：CR12，数量1件.技术要求：1.去除尖角，毛刺;2.热处理HRC54--56;3.未注倒角均为R1;4.热处理后精车至图纸尺寸;5，清理干净各孔（包括螺纹孔 ）;注意事项：与下模配合面尺寸公差要求不能超过0.1mm.并控制上下安装平面的垂直度不能超过0.03 mm，外圆与内孔同轴度不能超过0.03 mm.表面热处理硬度摆动范围不能超过HRC正负3度.表面粗糙度为去除材料的加工方式保证在3.2微米以内.功能：与下模法兰连接，控制产品成型时多余部份材料向外流出.

1.5.6.下模法兰：材料：45号钢，数量1件.技术要求：1.去除尖角，毛刺;2.热处理HRC42--45;3.未注倒角均为R1;4.热处理后精车至图纸尺寸;5，清理干净各孔（包括螺纹孔 ）;注意事项：与下模配合面尺寸公差要求不能超过0.1mm.并控制上下安装平面的垂直度不能超过0.03 mm，外圆与内孔同轴度不能超过0.03 mm.表面热处理硬度摆动范围不能超过HRC正负3度.表面粗糙度为去除材料的加工方式保证在3.2微米以内.功能：与下模外套连接，并传递扭矩给下模外套，实现与下模外套同步运转.

1.5.7.折弯轮：材料：Cr12mov，数量1件.技术要求：1.去除尖角，毛刺;2.热处理HRC56--58;3.未注倒角均为R1;4.热处理后精车至图纸尺寸;5，清理干净各孔（包括螺纹孔 ）;注意事项：与下模配合面尺寸公差要求不能超过0.1mm.并控制上下安装平面的垂直度不能超过0.03 mm，外圆与内孔同轴度不能超过0.03 mm.表面热处理硬度摆动范围不能超过HRC正负3度.表面粗糙度为去除材料的加工方式保证在1.6微米以内.功能：起到改变产品毛坯形状及流向作用.

1.5.8.平轮：材料：Cr12mov，数量1件.技术要求：1.去除尖角，毛刺;2.热处理HRC56--58;3.未注倒角均为R1;4.热处理后精车至图纸尺寸;5，清理干净各孔（包括螺纹孔 ）;注意事项：与下模配合面尺寸公差要求不能超过0.1mm.并控制上下安装平面的垂直度不能超过0.03 mm，外圆与内孔同轴度不能超过0.03 mm.表面热处理硬度摆动范围不能超过HRC正负3度.表面粗糙度为去除材料的加工方式保证在1.6微米以内.功能：起到将产品毛坯流向定向成同一厚度作用.

1.5.9.50度预成型轮：材料：Cr12mov，数量1件.技术要求：1.去除尖角，毛刺;2.热处理HRC56--58;3.未注倒角均为R1;4.热处理后精车至图纸尺寸;5，清理干净各孔（包括螺纹孔 ）;注意事项：与下模配合面尺寸公差要求不能超过0.1mm.并控制上下安装平面的垂直度不能超过0.03 mm，外圆与内孔同轴度不能超过0.03 mm.表面热处理硬度摆动范围不能超过HRC正负3度.表面粗糙度为去除材料的加工方式保证在1.6微米以内.功能：起到预成型出50度齿作用.

1.5.10.40度预成型轮：材料：Cr12mov，数量1件.技术要求：1.去除尖角，毛刺;2.热处理HRC56--58;3.未注倒角均为R1;4.热处理后精车至图纸尺寸;5，清理干净各孔（包括螺纹孔 ）;注意事项：与下模配合面尺寸公差要求不能超过0.1mm.并控制上下安装平面的垂直度不能超过0.03 mm，外圆与内孔同轴度不能超过0.03 mm.表面热处理硬度摆动范围不能超过HRC正负3度.表面粗糙度为去除材料的加工方式保证在1.6微米以内.功能：起到终成型出40度齿作用.

2、结论：

从前面我们明白了旋压技术及成型参数及毛坯设计，模具设计对汽车行业轻量化所起到的作用.旋压技术提高了生产效率，降低了生产成本，产品合格率有了较大的提高，提升了经济效益与社会效益.给汽车行业的轻量化发展起到了较大的作用.

参考文献

[1]刘陶，龙思远，李兵.模具技术2010.No.2编号：1001—4934（2010）02—0029—04 29 镁合金筒形件旋压成形工艺及模具设计

[2]殷沙.旋压成型模具设计技术 北京：高等教育出版社，2009.

[3]程芳庆.旋压技术在曲轴扭转减震器成型中的应用：CN：43-9000/TU，ISSN：2095-6630《建筑工程技术与设计》

作者简介：程芳庆（1984-）男，汉，籍贯：广西临桂，职务：教师;职称：工程师，高级企业管理咨询师，学历：硕士研究生，研究方向：中小企业运营与管理。