顶镦类轴类件顶出困难原因分析及改进

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公司在生产某中间轴锻件时，采用的是局部顶镦方式，在现场生产时，存在顶出困难，甚至顶不出的情况。分析顶出困难的锻件，并拆开模具发现，在两块模具连接处有1～2 道明显凹槽，中间轴锻件在此凹槽处被明显刮料。本文针对顶出困难的原因进行系统分析并改进，解决了顶出困难的问题，实现此中间轴锻件连续生产。

为减轻操作工劳动强度，降低模具成本，改进顶镦类轴类件模具结构。将下镶块模改为分体结构，如图1 所示，图1(a)为改前结构，图1(b)为改后结构。将图1(a)所示的下镶块模改为图1(b)所示下镶块模和下镶块垫块两部分。

      图1 下镶块模改为分体示意
1-上模定位块 2-上模垫块 3-上模压圈 4-上镶块模5-下模过渡压圈 6-压圈定位块 7-压圈垫块 8-下镶块模9-镶块模压圈 10-下镶块模 11-下镶块垫块

上述改进的优势在于：⑴将下镶块模垫块做成通用标准件，此部分不参与成形、寿命高，投制下镶块模时，可节约20.5kg 模具材料；⑵更改后的下镶块模重量为31.9kg，减轻了16.6kg，且无需安装压圈定位块，减轻了操作工安装模具时的劳动强度。

现场用上述改进后的模具结构，采用顶镦成形方式生产某中间轴时，发现新模具装上后生产不到1000 件时，就出现明显顶出困难，甚至顶不出的情况，根本无法持续生产。观察顶出困难的锻件，发现顶出困难的锻件在未参与成形部分有明显刮料沟槽。拆开模具，在两块模具相接处有1 ～2 道凹槽(图2)，在锻件未参与成形部分此凹槽处被明显刮料，即前述刮料沟槽，从而导致顶出困难(图3)。

图2 顶出困难模具凹槽

图3 顶出困难锻件刮料

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原因分析

从上述顶出困难的现状看，顶出时锻件在下镶块模与下镶块垫块相接处刮料，是造成顶出困难的主要原因。分析图1(b)的模具结构可知，要避免刮料，就必须保证下镶块垫块的内孔尺寸小于下镶块模的内孔尺寸。图4 为下镶块模，图5 为下镶块垫块，下镶块模的内孔尺寸设计为 下镶块垫块内孔尺寸为 ，下镶块垫块的内孔尺寸比下镶块模的内孔尺寸小0～0.2mm，可以保证下镶块垫块的内孔尺寸小于下镶块模的内孔尺寸。

图4 下镶块模

图5 下镶块垫块

下镶块模与下镶块垫块在φ150mm 直径处间隙配合，配合公差为H7f6，最小配合间隙0.043mm，最大配合间隙0.108mm。一旦下镶块模与下镶块垫块在φ150mm 直径处配合偏离中心，而下镶块模内孔直径走下差，下镶块垫块内孔直径走上差，就存在下镶块模内孔局部小于下镶块垫块内孔，从而在局部产生倒台阶(上面内孔小，下面内孔大)。在顶出时，锻件就会在此倒台阶处刮料，在锻件上刮下来的料无处流动，就会积累在下镶块模与下镶块垫块相接处。随着生产的锻件越来越多，在此处积累的料越来越多，从而将下镶块模挤出凹槽，而刮料处的内孔也会被刮出凸台，导致顶出越来越困难，从而引发最后的锻件顶不出下镶块模的现象。

模具结构改进
通过上述分析，顶出时锻件在下镶块模与下镶块垫块相接处刮料，是造成顶出困难的主要原因。而在模具设计时，已经考虑到要保证下镶块垫块的内孔尺寸小于下镶块模的内孔尺寸。但未充分考虑下镶块模与下镶块垫块在φ150mm 直径处存在配合间隙，就可能导致下镶块模与下镶块垫块在配合面偏离中心，从而在局部产生倒台阶，锻件就会在此倒台阶处刮料。

改进下镶块垫块(图6)，将下镶块垫块内孔尺寸改为 ，并在φ80mm 直径处增加0.2mm 台阶落差，保证即使下镶块模与下镶块垫块在配合面偏离中心时，下镶块垫块的内孔尺寸也小于下镶块模的内孔尺寸，且下镶块模与下镶块垫块相接处紧密贴合，避免产生倒台阶，避免上述锻件顶出时，刮料情况的产生并导致顶出困难。

图6 改进后下镶块垫块

改进并修模后生产时顶出顺利，未再出现上述锻件顶出时刮料和顶出困难的情况。

结束语
分析某中间轴在镦锻成形时出现顶出困难的原因并进行改进，最终解决其生产时顶不出的问题，得出结论：顶出时锻件在下镶块模与下镶块垫块相接处刮料，是造成顶出困难的主要原因。下镶块模与下镶块垫块在配合面偏离中心，可能导致下镶块模内孔局部小于下镶块垫块内孔，从而在局部产生倒台阶，在顶出时，锻件就会在此倒台阶处刮料。对于此类顶镦类产品在模具设计时，必须保证下镶块垫块的内孔尺寸也小于下镶块模的内孔尺寸。