落錘成型用的沖頭一般都是用鉛來制造的,這是因為鉛沖頭可以在沖模上直接鑄成;另一方面,其重量還有助于在落錘成型時增加沖擊能量。雖然鉛是可以重復使用的,但是對于每個鑄造沖頭來說,它所能加工成型的工件數量還是比較少的(約200件)。采用塑料落錘沖頭和沖模成型的工件表面光潔度較高,這是其他方法不能相比的。鋼制落錘沖模則用于大批量生產以及壓印和整形加工中。
落錘沖模的設計通常和沖壓成型相似,同樣需要在沖頭和沖模上實施倒圓,以降低被加工成型金屬上的集中應力。在沖模設計中,關于卷邊成型以及作為落錘成型中使金屬順利流動的方法均與普通沖壓成型相似。
1. 產品質量
采用落錘成型方法所生產的工件尺寸的一致性,均要比其他方法生產的差一些。這是因為工件所承受的沖擊程度要取決于操作人員的熟練程度,以及沖頭在局部大負荷下與工件產生相對移位的緣故。然而,在落錘成型中,所產生的彈性回彈(后效)要比其他方法較小。其原因是由于此時工件所承受的沖擊力很大,而且變形速度也很快。
2. 潤滑
落錘成型所使用的潤滑劑,見表4-6。如果加工變形非常劇烈,需要在工件的兩個加工階段之間進行中間退火時,則必須將潤滑劑(因為潤滑劑中含有石墨或硫等雜質)以及模具上的鉛或鋅從加工件表面上徹底清除。如果這些雜質殘留在不銹鋼工件表面上,在工件加熱時雜質將會導致工件表面變壞并影響其使用性能。
3. 與沖壓成型的比較
雖然沖壓成型可以迅速完成,但它是一種沖頭速度和夾緊壓力可以精確控制的成型方法。相反,在落錘成型過程中只能是通過突然沖擊這一途徑使工件成型。在某些應用實例中,利用落錘高速釋放能量的方法可以克服工件在加工中的變形難度。在其他情況下,特別是那些要求坯料夾緊壓力較嚴格的場合,采用沖壓成型方法可以生產出優質而價廉的零件,但此時應使用特制的模具。
圖4-25所示的是用落錘成型方法加工成型排氣管的示意圖,成型所用的工具裝置如圖4-25左下方所示。但是,由于排氣管呈30°交叉,所以在交叉處易產生皺折,并且生產一個工件需要六道工序,總時間為2min,因此這種成型方法是不夠理想的。
經過重新設計后用于一臺500t液壓式沖壓機的工具,如圖4-25右下方所示。用于落錘成型的鋅合金沖模可以重新使用在沖壓機上,但是為了經受不銹鋼沖壓成型時的磨損,應將沖模削平并且安裝有防磨損的低碳鋼護板。采用半徑為42.863mm的落錘進行成型是非常適宜的,此時的彈性回彈將變得很小。但是,在沖壓機上的防止彈性回彈的沖模,在尺寸上必須加深,這可以采用在沖和防磨損板之間加墊片的方法來實現。
用沖壓成型方法加工的工件可以完全消除皺折,其生產率為分鐘兩個工件。它與落錘方法比較,每生產一個工件可節約1.5min.
這兩種方法所用的坯料均為退火后的06Cr18Ni11Ti(321)型不銹鋼,其厚度為0.711mm,面積為580mmx609.6mm.落錘成型可不采用潤滑劑,沖壓成型則需使用蠟乳化液。成型后的修切是在第二臺沖壓機上完成的。
將落錘成型和沖壓成型進行對比,結果是落錘成型存在有皺折消除和成本降低的問題。
一般來說,落錘成型常用于試生產,經過落錘試成型合格后,再使用改進后的沖模,采用沖壓機進行沖壓成型的大批量生產。如果改進型沖模的質量和成型效果很好,可以用于小批量落錘成型生產。
圖4-26所示為用于小型飛機發動機排氣系統上的一個集氣管。這種零件是用落錘成型的小批量加工生產的一種典型產品。其零件整個尺寸公差為±0.813mm,角度公差為±2°,它是用厚度為0.813mm的退火06Cr18Ni11Ti(321)型不銹鋼加工成的。
落錘平臺的尺寸為762mm×609.6mm,其行程為863.6mm.沖頭是用鉛制造的,而沖模則采用鋅合金制造。毛坯料尺寸為304.8mm×228.6mm.模具的安裝時間需要1.15h,其中包括落錘的清理時間。為了加工成型工件,落錘需要進行5次沖擊。在落錘成型中橡皮是起坯料夾具的作用,以便將壓力分布在整個工件上。橡皮厚度在開始的4次沖擊中每次都在減薄,以便在最后一次擊中以沖模為底。然后,工件在沖床上用沖頭進行修切。