薄板異形鍛件折疊的產(chǎn)生原因及其解決辦法

文／趙艷鳳，羅華生·柳州金鍛方盛工業(yè)有限公司

薄板異形鍛件折疊的產(chǎn)生原因及其解決辦法

文／趙艷鳳，羅華生·柳州金鍛方盛工業(yè)有限公司

趙艷鳳，研發(fā)課課長，主要從事普通模鍛、熱模鍛及摩擦壓力機(jī)等設(shè)備上的新產(chǎn)品開發(fā)及工藝改造工作。

鍛件圖和工藝參數(shù)

如圖1所示為叉車左(右)支板鍛件，其屬于彎曲長軸類鍛件并為薄板異形鍛件。該零件之前是某公司的進(jìn)口件，現(xiàn)已轉(zhuǎn)為國內(nèi)開發(fā)生產(chǎn)。

鍛件重15.1kg，材質(zhì)為Q345D，平面度要求小于0.7mm，鍛件圖如圖2所示。

圖1 叉車左(右)支板鍛件

圖2 左(右)支板鍛件圖

工藝分析

零件分析

鍛件外廓包容體重量為71.5kg，按重量計(jì)算的話，其鍛件復(fù)雜系數(shù)為S3級，但其薄板面積為24578mm2，相當(dāng)于φ177mm的圓，薄板部分平均厚度為20.5mm，其厚度和直徑比為0.12，小于0.2，因此該鍛件復(fù)雜系數(shù)實(shí)際上應(yīng)該為S4級，即為最復(fù)雜類薄板鍛件。最薄部位厚度為19mm，最厚部位厚度為90.5mm，軸向和徑向截面變化大，金屬流動復(fù)雜。軸向最大截面(不含飛邊)為7401mm2，最小截面(不含飛邊)為688mm2，截面變化大容易產(chǎn)生充不滿、折疊和變形等品質(zhì)問題。通過以上分析可知，該產(chǎn)品為復(fù)雜的薄板異形鍛件。

圖3 計(jì)算截面圖及計(jì)算直徑圖

長軸類零件首先要根據(jù)鍛件各特征橫截面作計(jì)算截面圖，然后再作計(jì)算直徑圖，如圖3所示。

設(shè)備選擇

選用電液錘進(jìn)行鍛造生產(chǎn)，電液錘噸位根據(jù)公式G＝KF×0.001確定。包含飛邊及連皮在內(nèi)的鍛件水平投影面積F＝1141cm2，鋼種系數(shù)K＝4，電液錘噸位G＝4×1141×0.001＝4.564t，故需采用5t電液錘進(jìn)行鍛造生產(chǎn)。

工藝流程

根據(jù)以上分析可知，該鍛件的軸線是彎曲的，需進(jìn)行壓彎工序，同時由于鍛件較復(fù)雜，僅終鍛一道工序工件充滿困難，因此需采用預(yù)鍛完再終鍛的工序。

確定的鍛造工藝流程為：下料→制坯→壓彎→預(yù)鍛→終鍛→切邊→整形→熱處理(正火)→噴砂→磁粉探傷→防銹→包裝出貨。

下料根據(jù)計(jì)算直徑圖采用φ100mm的棒料；制坯采用空氣錘帶型槽拔料；壓彎開在預(yù)鍛模上，進(jìn)而節(jié)約了一臺設(shè)備，壓彎模膛的形狀根據(jù)終鍛模膛在分模面上的外形(水平投影)用作圖法制出；預(yù)鍛和終鍛采用3t電液錘和5t電液錘的聯(lián)合鍛造。為防止噸位不足產(chǎn)生模鍛打不靠，在預(yù)鍛時厚度取負(fù)差值，飛邊厚度的選擇也要大一些，目前取的是8mm，終鍛不易充滿部位在預(yù)鍛時進(jìn)行特殊處理，例如加大型腔的圓角半徑R，使材料更容易流進(jìn)模膛。最后的整形工序，其不僅要消除切邊變形、保證平面度在0.7mm以內(nèi)，還需壓印產(chǎn)品可追溯標(biāo)識。

折疊的產(chǎn)生和解決

由于薄板異形鍛件金屬流動復(fù)雜，故極易產(chǎn)生折疊。眾所周知，折疊是金屬變形過程中已氧化過的表層金屬匯合到一起而形成的。在零件上折疊是一種內(nèi)患，因此技術(shù)條件中規(guī)定鍛件上的折疊是不允許的，有折疊的鍛件是廢品。

圖4 支板鍛件折疊示意圖

圖5 預(yù)鍛折疊消除

圖6 支板鍛件

各種鍛件尤其是模鍛件的折疊形式和位置一般都是有規(guī)律的，折疊大致有以下幾種：

⑴由兩股(或多股)金屬對流匯合而成。

⑵有一股金屬的急速大量流動將鄰近部分的表層金屬帶著流動，兩者匯合而形成。

⑶由于變形金屬發(fā)生彎曲而形成。

⑷部分金屬局部變形，被壓入另一部分金屬內(nèi)。

折疊產(chǎn)生的部位及原因分析

在試制過程中鍛件出現(xiàn)了如圖4所示的折疊。

通過對該產(chǎn)品的分析及工藝模擬發(fā)現(xiàn)，其金屬的流動為大量金屬往φ70.9mm圓柱處流動，部分金屬往上面兩處加強(qiáng)筋流動(鐓擠)，另外還有部分金屬側(cè)向流入徑向加強(qiáng)筋，在流動過程中易在加強(qiáng)筋交匯處形成空腔，最后鍛打封閉形成折疊。

消除折疊的措施

根據(jù)形成原因，我們初期采取的對策是增大加強(qiáng)筋型腔的圓角半徑R，由原來的R8改為R15，使金屬更容易流入型腔，消除預(yù)鍛空腔。初期改善有一定的效果，樣件在生產(chǎn)過程中消除了折疊，但在小批量生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)其不穩(wěn)定，通過磁粉探傷發(fā)現(xiàn)有較多產(chǎn)品產(chǎn)生了細(xì)小的折疊，無法形成穩(wěn)定批量生產(chǎn)。

如何在現(xiàn)有的模具上進(jìn)行較小的修改從而達(dá)到防止折疊產(chǎn)生的目的呢？根據(jù)以上分析可知，折疊是因?yàn)槎喙山饘偻颂幜鲃訒r形成空腔而產(chǎn)生的，只有減少金屬流動量及速度，并在預(yù)鍛工序?yàn)榻K鍛工序匹配適當(dāng)?shù)呐髁象w積，才可使其不產(chǎn)生空腔從而達(dá)到消除折疊的目的。為此，我們在預(yù)鍛工序?qū)较蚣訌?qiáng)筋的高度局部減小，并增加φ70.9mm圓柱的高度，以使在終鍛時徑向加強(qiáng)筋有足夠的坯料鐓擠成形。

采取的措施：將產(chǎn)生空腔折疊的模具里對應(yīng)的徑向加強(qiáng)筋部分局部填焊起來，預(yù)鍛時折疊消除(圖5)，進(jìn)而消除了終鍛產(chǎn)品(圖6)折疊的產(chǎn)生，滿足了其穩(wěn)定批量生產(chǎn)的要求。該產(chǎn)品的另外一個難點(diǎn)為產(chǎn)品的平面度要求在0.7mm以下，必須通過整形工序來保證切邊后的鍛件不變形。

另外，為了增加其批量生產(chǎn)的穩(wěn)定性及效率，空氣錘制坯可在后續(xù)采用輥鍛制坯進(jìn)行改善。

結(jié)束語

復(fù)雜鍛件特別是薄板異形鍛件在生產(chǎn)過程中極易產(chǎn)生折疊，從而導(dǎo)致鍛件報廢，故各鍛造企業(yè)對此均很重視，今將我公司叉車左(右)支板鍛件折疊的產(chǎn)生原因以及解決措施和同行交流，以供大家參考。