多工位冷镦加工不仅适用于螺栓、螺母等标准紧固件,也广泛应用于汽车、电子、五金等领域中的异形零件。这类零件通常具有非对称截面、多台阶、凹槽或异形孔等特征,对工艺设计和模具技术提出了更高的要求。
以汽车用的球头销为例,其头部为球形,杆部带有台阶和卡槽。传统工艺采用热锻后机加工的方式,材料利用率低且生产效率不高。采用多工位冷镦工艺,可以在室温下一次成型出球头、台阶和卡槽的坯件,仅需少量精加工。工艺设计的关键在于合理分配各工位的变形量:第一工位整形端面,第二工位预镦出球头的初胚,第三工位精镦球形并成型台阶,第四工位挤压卡槽。每道次的压缩率控制在20%至25%之间,避免材料开裂。球头的成型需要设计专用的球面模具,并要求冲头和凹模具有良好的对中精度。
对于带有盲孔或内六角的零件,如内六角螺钉,需要在冲头上设计成型内六角的凸模。由于内六角棱角尖锐,金属难以完全充满,通常采用分流锥技术:在冲头中心设置小凸起,引导金属向外缘流动,待型腔充满后再将分流锥压平。有时还需要设置排气孔,避免模腔内空气被压缩后产生高压,导致充填不满。内六角的尺寸精度取决于冲头的制造精度,冲头一般采用高速钢或硬质合金,并经过精密磨削。
在电子行业中,有大量小型异形件如接线端子、屏蔽罩等,尺寸小、形状复杂。多工位冷镦可用于生产这些零件,但需要配备精密送料机构和微小型模具。线材直径往往在1至5毫米之间,对切料长度精度要求达到±0.03毫米。模具间隙的控制更为严格,通常采用微米级的配合。由于零件小,脱模和传送也较为困难,常采用气吹或真空吸送方式替代传统夹钳。
多工位传递模的设计要保证坯料在各工位之间准确定位。对于形状不对称的零件,夹钳的形状需要与坯料轮廓适配。夹爪的夹持力应适中:过紧会压伤坯料表面,过松则坯料在传递过程中发生偏转。可以采用真空吸盘或磁力夹持,避免机械损伤。此外,各工位的模具中心必须同轴,偏差控制在0.05毫米以内,否则坯料在进入下一工位时会与模口发生碰撞,导致产品弯曲或模具损坏。
调试异形冷镦件时,建议采用逐步成型法。先只开通第一、第二工位,检查预成型形状是否符合预期;确认无误后再逐步增加工位。每增加一个工位,剖切检查内部金属流线,观察有无折叠或裂纹。对于容易出现充填不满的部位,可以通过增加预成型体积或修改模具圆角来改善。调试过程需要耐心,每次调整参数后都要取样验证,直至达到要求。