淺談如何通過合理的制坯來提高杠桿類鍛件的材料利用率

劉虹 陳常祿 丁榆城

摘 要：面對當(dāng)前日趨激烈的市場競爭，通過內(nèi)挖潛力助力企業(yè)降本增效是設(shè)計人員應(yīng)盡的義務(wù)和必須承擔(dān)的責(zé)任。在鍛件的生產(chǎn)過程中，制坯是負責(zé)使坯料的材料分布比棒料更接近預(yù)鍛件的材料分布，合理的制坯方案會降低預(yù)鍛件的充填難度、提高鍛件的充填質(zhì)量，從而提高材料利用率。

關(guān)鍵詞：制坯;材料利用率;鍛件;模擬

鍛造生產(chǎn)工藝過程中，制坯的目的是使坯料比原始毛坯更接近鍛件的形狀，為毛坯進一步變形做好準備，同時也節(jié)約了原材料【1】。對于不同的鍛件，制坯模分料時的方法有所不同，但是原則都是分料后使坯料的材料分布比棒料更接近預(yù)鍛件的材料分布，就是制坯要有預(yù)成型的功能。應(yīng)用預(yù)成形設(shè)計，可以改善坯料在模膛中的充填順序，提高鍛件內(nèi)的變形均勻性及組織性能均勻性，從而有效控制和優(yōu)化鍛件質(zhì)量【2】。下面以我們的一個杠桿產(chǎn)品為例，淺談如何根據(jù)鍛件的材料分布特點做對應(yīng)的制坯方案的設(shè)計。

1.杠桿簡介

杠桿類產(chǎn)品的特點是桿部和端部截面積差別很大，所以為了節(jié)約材料，設(shè)計鍛模時一般都采用圖1這種大頭對大頭、一模兩腔的形式布局，而且會在預(yù)鍛模上、鍛件桿部外側(cè)設(shè)阻料槽。但是，即使這樣，這類鍛件的材料利用率一般是72%左右。這時，制坯工藝的設(shè)計就顯得尤為重要。圖1是一個杠桿的大概尺寸和截面積分布圖。

圖1所示的杠桿，單件重2.04kg，鍛件所用材料：SAE4032，單個鍛件的最大包絡(luò)尺寸：155.2*138*52.2。一模兩腔布局時，則熱鍛件的最大包絡(luò)尺寸是：301.3*157.5*53.2。熱鍛件投影面積：

17208 mm?，橋部投影面積：39096 mm?。因為預(yù)鍛模在杠桿的桿部外側(cè)設(shè)有阻料槽，所以橋部投影面積比普通的熱鍛件輪廓向外放大個橋部寬度要大。鍛造時棒料加熱溫度：1200°C，鍛造設(shè)備：2500T熱模鍛。鍛模設(shè)計時橋部厚度4MM，橋部寬度：11MM.這個杠桿的截面積分布如表1所示，特點是兩端截面積小，中間截面積大。中間部分截面積是鍛件桿部頂端截面積的大約17.6倍，截面積小的地方是桿部頂端。

2.制坯工藝設(shè)計和分析

這類杠桿，一般的鍛造工藝過程如圖2所示：鐓粗—壓扁—預(yù)鍛—終鍛。這個杠桿鍛造時，因為其大頭對大頭的布局，所以中間需要多存料，制坯的第一步必須是中間鐓泡。因為要保證鐓粗時不超鐓鍛比太多，所以棒料直徑就不能太小。則而桿部前端只需要直徑不到 30的棒料，結(jié)果就是桿部的材料利用率很低。為了保證預(yù)鍛時桿部頂端的充填，則預(yù)鍛前坯料的總長不能低于230，所以總的材料利用率也就比較低。

為了解決桿部材料利用率低的問題，我在鐓粗制坯后壓兩次扁，而且兩次壓扁都帶型腔，如圖3所示：

為了更清晰直觀的說明問題，下面用表格的形式來對比兩種制坯方案對應(yīng)的模擬結(jié)果有什么不同。

兩個方案的數(shù)據(jù)對比及分析：

表4兩個方案的模擬結(jié)果說明：制坯過程兩次壓扁的方案使桿部的飛邊寬度從75減小到45，厚度從8.8減小到4.3，兩個鍛件共節(jié)約材料0.56kg，材料利用率提高了7.2%。按年產(chǎn)量30萬件、SAE4032直徑?55的棒料每噸6000元計算，每年可節(jié)約材料84噸，合計人民幣50.4萬元，經(jīng)濟效益相當(dāng)可觀。

從對比模擬結(jié)果可以看出，第二個制坯方案有以下優(yōu)點：A.高材料利用率;B.低預(yù)鍛件的充填難度，提高鍛件的充填質(zhì)量，降低鍛件的廢品率;C.低設(shè)備載荷，延長設(shè)備壽命，節(jié)約能源和降低生產(chǎn)成本;D.優(yōu)化鍛件流線，提高鍛件的組織性能。

3.結(jié)束語：

每個鍛件都有它自身的特點，制坯模設(shè)計要做到精細化，要有針對性的去解決問題。有了這個觀念、沿著這、個思路，我通過優(yōu)化制坯，把我們公司的杠桿類產(chǎn)品的材料利用率普遍提高了5%左右，順利完成了我們科室每年降本增效400萬的任務(wù)。助力企業(yè)在人工、材料、能源等各方面成本日趨增加，而客戶又有價格年降5%，導(dǎo)致老產(chǎn)品越干利潤越薄的情況下仍然保證了企業(yè)有一定的利潤空間。

參考文獻

[1] 洪慎章，《實用熱鍛模設(shè)計與制造》【J】機械工業(yè)出版社

[2] 周玉婷，《某飛機主起支撐接頭鍛件的鍛造工藝分析及預(yù)成型優(yōu)化設(shè)計》（畢業(yè)論文）