以变薄拉深替代车削:从双公差零件中省去一道机加工工序
如果零件需要保证内径公差以及在外径方面,拉深通常以一次或两次车削加工收尾。变薄拉深则是另一种选择:在模具与冲头之间将壁厚减薄,冲头尺寸与两个直径相匹配,因此零件离开压力机时两个直径均已成形。
本页将变薄拉深工艺与通常需要车削加工的四条工艺路线进行对比:圆棒料、棒料冷挤压、铸造和锻造。
四种加工路线,以及变薄拉深带来的改变
| 路线 | 零件完成前的工序 | 拉延(变薄拉深)去除的是什么 |
|---|---|---|
| 圆棒,车削加工 | 锯切、端面加工、车削外圆、镗削内孔、切断、去毛刺 | 整个车削工序。棒料与成品壁厚之间的材料变为切屑;而经过减薄拉深(ironing)的零件则以接近成品厚度的带材为起始材料。 |
| 冷挤压 + 车削 | 从棒料近净成形挤压,然后车削内孔,通常也车削外圆。 | 一次完整的车削走刀——内孔与外形由变薄拉深凸模和凹模共同决定 |
| 铸造 + 车削加工 | 铸造后,对所有功能表面进行车削加工,同时需考虑气孔风险 | 大部分车削加工,以及气孔问题——减薄拉深适用于锻造材料 |
| 锻造 + 车削 | 锻造,然后车削内孔、外圆和端面,去除锻造余量 | 锻模、加工余量以及大部分车削加工 |
成本究竟在哪里变动
- 材料。车削件需要先为棒料付费,然后将其中大部分材料变成切屑。而变薄拉延件由带材拉深而成,带材厚度接近成品壁厚——因此材料利用率有着本质区别,而非仅仅略有改善。对于薄壁壳体,棒料路线产生的切屑重量可能超过成品零件本身。
- 加工工时。一次冲压行程即可替代一次车削工序。对于需要车削两个直径的壳体而言,这通常意味着省去的是两道工序,而非一道。
- 装夹与工装夹具每一次重新装夹都可能引入内孔与外径之间的跳动。而变薄拉深使两者在同一工装轴线上成形,因此同轴度取决于模具本身,而非零件的装夹精度。
- 表面。车削表面会留下进给痕迹。而拉延(变薄拉深)表面则是抛光模具与冲头的复制,因此内外表面的粗糙度都能得到改善,无需额外的精加工工序。
- 金属流线。车削会切断材料的晶粒结构;而变薄拉延则使材料沿壁部发生变形,因此经过变薄拉延的壳体具有更高的屈服强度和更好的使用耐磨性能。
当车削加工仍是首选时
- 批量较小。变薄拉深需要专用的拉深环和与零件匹配的冲头;当年产量低于数万件时,从棒料直接车削加工总体成本可能更低。
- 该零件并非圆柱形。变薄拉延(ironing)仅减薄壁厚,无法成形复杂的外部几何形状。
- 存在机加工特征。螺纹接口、交叉孔、密封面以及紧公差内孔仍需进行机加工。变薄拉深可去除壁部车削,而非每道工序。
- 该材料无法承受此减薄量。低延展性或极高强度牌号可能需要多道次拉深和退火处理,从而削弱成本节约效果。
常见问题解答
拉深整形真的能取代车削吗?
对于以内径、外径和壁厚为关键特征的零件,答案是肯定的。这三项由变薄拉深凸模和凹模成形,因此零件成形后即处于公差范围内。当图纸要求螺纹、交叉孔、密封面或比成形所能保证的更紧公差的孔时,仍需进行机加工。
与棒料车削相比,可节省多少材料?
这取决于壁厚和棒料直径,但两者的差异是结构性的,而非边际性的:车削件从实心棒料出发,将多余材料转化为切屑;而拉深减薄件则从厚度接近成品壁厚的带料出发。在薄壁壳体上,切屑重量甚至可能超过成品件本身的重量。
拉延整形能否替代冷挤压?
它可以替代冷挤压后通常所需的机加工,在某些情况下甚至可以替代冷挤压本身。棒料冷挤压可产生近净成形外轮廓,但通常内孔以及往往外表面仍需车削加工;而先拉深预成形件再经变薄拉深,则可在压力机上一次确定内外两个表面。参见以下对比:冷挤压与深拉深工艺,适用于电磁阀壳体.
内孔与外径之间的同轴度如何?
结构上更优。凸模与变薄拉深环位于同一模具轴线上,因此同心度由模具本身决定,而非取决于车削件在外圆加工与镗孔加工之间重新装夹的精度。
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