冲孔过程中常见的缺陷和对策

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在坯料上锻制出透孔或不透孔的工序称为冲孔。
    冲孔分为开式冲孔和闭式冲孔。开式冲孔又分为实心冲子冲孔和空心冲子冲孔。本文介绍实心冲子开式冲孔过程中常见的缺陷和对策。
    冲孔过程中的主要缺陷是“走样”、侧表面裂纹、内孔圆角处裂纹和孔冲偏等。


    所谓“走样”是指开式冲孔时坯料高度减小，外径上小下大，而且下端面突出，上端面凹进等现象。“走样”和裂纹等缺陷是与冲孔时的受力和变形情况有关的。
    冲孔时冲头下部的A区金属是直接受力区，其周围的B区金属是间接受力区A区金属的的变形可看做是环形金属包围下的镦粗，A区金属被压缩后高度减小，横截面积增大，向四周径向外流，但受到环壁的限制，故处于三向受压的应力状态，其应力应变简图如图4-31所示。B区之受力和变形主要是由于A区的变形引起的。A区金属径向外流时，使B区金属径向受压，切向受拉，在高度方向，A区金属向下流动时，借助剪切应力对B区金属有一个拉缩作用。愈靠近内侧受拉缩愈严重。冲孔时D/d愈小，即B区愈薄时，拉缩和走样愈显著。但是，如果B区很厚，即D/d很大时，B区外侧的σ1、σ2、σ3均很小，可能处于弹性状态，仅内侧发生塑性变形，这时B区的内侧金属径向被压缩，高度可能增大，犹如打硬度一样，“走样”很小。
  
    低塑性材料开式冲孔时，外侧表面裂纹的产生就是由于A区金属向外流动时B区的外径被迫地扩大，使外侧金属受到切向拉应力，当超过金属当时的强度极限时，便产生裂纹破坏。冲孔时D/d愈小，即B区愈薄时，最外层金属受到的切向拉应力和拉应变愈大，故愈易产生裂纹。

    由以上分析可见，开式冲孔时D/d太小是不好的，会产生“走样”过大和裂纹，故生产中常取D/d=3，也有些厂取D/d≥（2.5～3）。

    冲孔时内孔圆角处的裂纹是由于此处温度降低较多，塑性较低，加之冲子一般都有锥度，当冲子往下运动时，此处便被胀裂。因此，冲子的锥度不宜过大，当冲低塑性材料时，如Cr12型钢，不仅要求冲子锥度较小，而且要经过多次加热逐步冲成。
    大型锻件在水压机上冲孔时，当孔径大于φ450mm时，一般采用空心冲头冲孔，这样可以减小B区外层金属的切向拉应力，避免产生侧表面裂纹，并能除掉锭料中心部分质量不好的金属。

    冲孔过程中的另一个问题是孔冲偏。孔起孔冲偏的原因很多，如冲子放偏，环形部分金属性质不均，冲头各处的圆角、斜度不一致等，均可使孔冲偏。原坯料愈高，愈容易冲偏。因此冲孔时，坯料高度H0一般小于直径D0，在个别情况下，采用H0/D0≤1.5。
    冲头的形状对冲孔时金属的流动有很大影响，例如锥形冲头和椭圆形冲头均有助于减小冲孔时的“走样，但这样的冲头很容易将孔冲歪，因此，自由锻冲孔时，冲头一般用平头，在转角处取不太大的圆角。

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补充点，当D/d小于2.5时候，容易引起外径塌陷造成报废！