在坯料上鍛制出透孔或不透孔的工序稱為沖孔。沖孔分為開式?jīng)_孔和閉式?jīng)_孔。開式?jīng)_孔又分為實(shí)心沖子沖孔和空心沖子沖孔。本文介紹實(shí)心沖子開式?jīng)_孔過程中常見的缺陷和對策。
沖孔過程中的主要缺陷是“走樣”、側(cè)表面裂紋、內(nèi)孔圓角處裂紋和孔沖偏等。
所謂“走樣”是指開式?jīng)_孔時(shí)坯料高度減小，外徑上小下大，而且下端面突出，上端面凹進(jìn)等現(xiàn)象。“走樣”和裂紋等缺陷是與沖孔時(shí)的受力和變形情況有關(guān)的。
沖孔時(shí)沖頭下部的A區(qū)金屬是直接受力區(qū)，其周圍的B區(qū)金屬是間接受力區(qū)A區(qū)金屬的的變形可看做是環(huán)形金屬包圍下的鐓粗，A區(qū)金屬被壓縮后高度減小，橫截面積增大，向四周徑向外流，但受到環(huán)壁的限制，故處于三向受壓的應(yīng)力狀態(tài)，其應(yīng)力應(yīng)變簡圖如圖4-31所示。B區(qū)之受力和變形主要是由于A區(qū)的變形引起的。A區(qū)金屬徑向外流時(shí)，使B區(qū)金屬徑向受壓，切向受拉，在高度方向，A區(qū)金屬向下流動時(shí)，借助剪切應(yīng)力對B區(qū)金屬有一個(gè)拉縮作用。愈靠近內(nèi)側(cè)受拉縮愈嚴(yán)重。沖孔時(shí)D/d愈小，即B區(qū)愈薄時(shí)，拉縮和走樣愈顯著。但是，如果B區(qū)很厚，即D/d很大時(shí)，B區(qū)外側(cè)的σ1、σ2、σ3均很小，可能處于彈性狀態(tài)，僅內(nèi)側(cè)發(fā)生塑性變形，這時(shí)B區(qū)的內(nèi)側(cè)金屬徑向被壓縮，高度可能增大，猶如打硬度一樣，“走樣”很小。
低塑性材料開式?jīng)_孔時(shí)，外側(cè)表面裂紋的產(chǎn)生就是由于A區(qū)金屬向外流動時(shí)B區(qū)的外徑被迫地?cái)U(kuò)大，使外側(cè)金屬受到切向拉應(yīng)力，當(dāng)超過金屬當(dāng)時(shí)的強(qiáng)度極限時(shí)，便產(chǎn)生裂紋破壞。沖孔時(shí)D/d愈小，即B區(qū)愈薄時(shí)，最外層金屬受到的切向拉應(yīng)力和拉應(yīng)變愈大，故愈易產(chǎn)生裂紋。
由以上分析可見，開式?jīng)_孔時(shí)D/d太小是不好的，會產(chǎn)生“走樣”過大和裂紋，故生產(chǎn)中常取D/d=3，也有些廠取D/d≥（2.5～3）。
沖孔時(shí)內(nèi)孔圓角處的裂紋是由于此處溫度降低較多，塑性較低，加之沖子一般都有錐度，當(dāng)沖子往下運(yùn)動時(shí)，此處便被脹裂。因此，沖子的錐度不宜過大，當(dāng)沖低塑性材料時(shí)，如Cr12型鋼，不僅要求沖子錐度較小，而且要經(jīng)過多次加熱逐步?jīng)_成。
大型鍛件在水壓機(jī)上沖孔時(shí)，當(dāng)孔徑大于φ450mm時(shí)，一般采用空心沖頭沖孔，這樣可以減小B區(qū)外層金屬的切向拉應(yīng)力，避免產(chǎn)生側(cè)表面裂紋，并能除掉錠料中心部分質(zhì)量不好的金屬。
沖孔過程中的另一個(gè)問題是孔沖偏?？灼鹂讻_偏的原因很多，如沖子放偏，環(huán)形部分金屬性質(zhì)不均，沖頭各處的圓角、斜度不一致等，均可使孔沖偏。原坯料愈高，愈容易沖偏。因此沖孔時(shí)，坯料高度H0一般小于直徑D0，在個(gè)別情況下，采用H0/D0≤1.5。
沖頭的形狀對沖孔時(shí)金屬的流動有很大影響，例如錐形沖頭和橢圓形沖頭均有助于減小沖孔時(shí)的“走樣，但這樣的沖頭很容易將孔沖歪，因此，自由鍛沖孔時(shí)，沖頭一般用平頭，在轉(zhuǎn)角處取不太大的圓角。
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