一種能顯著降低鍛造成形力的工藝方法

文／汪敏，沈鵬，詹探·浙江索特重工科技有限公司

本文研究的主減速齒齒坯鍛件屬于乘用車上的零部件鍛件，材質(zhì)為20MnCrS5，結(jié)構(gòu)件對(duì)零件的強(qiáng)度有較高的要求；鍛件最大外圓直徑φ，內(nèi)孔直徑，鍛件總高，底部最薄壁厚16.5mm，鍛件質(zhì)量8.43kg，鍛件示意圖如圖1 所示。此鍛件的復(fù)雜系數(shù)S=0.49，屬于精密鍛件，對(duì)鍛件的表面質(zhì)量及尺寸公差要求較高，因此，需采用閉式精密鍛造工藝。

圖1 鍛件示意圖

常用的鍛造生產(chǎn)工藝

鍛造工藝路線的制定

此鍛件為回轉(zhuǎn)體類鍛件，鍛造工藝路線：下料→加熱→鐓粗→預(yù)鍛成形→終鍛成形→沖孔，工步圖如圖2 所示。

圖2 鍛造工步圖

鍛造工藝分析

閉式精密鍛造對(duì)下料的質(zhì)量偏差要求較高，一般要求在±10g 以內(nèi)，以此來保證鍛件的一致性。此種材料的加熱溫度(1180±20)℃。

⑴鐓粗制坯采用常用的平板鐓粗，一者去除氧化皮，二者坯料外圓直徑鐓粗至比預(yù)鍛型腔最大外徑稍小1 ～2mm，預(yù)鍛靠外徑定位，鐓粗模擬效果如圖3和圖4 所示；鐓粗后坯料尺寸為φ220mm×33mm，采用1/4 模擬方式，鐓粗力約95×4=380t，鐓粗情況良好，未發(fā)生不良缺陷。

圖3 模擬初始狀態(tài)

圖4 模擬終步圖

⑵預(yù)鍛型腔體積大于終鍛，因此預(yù)鍛最大外圓處存在大圓角，預(yù)鍛模擬效果如圖5 和圖6 所示；最大外圓處(圖6 標(biāo)記位置)有大圓角，采用1/4 模擬，預(yù)鍛力約420×4=1680t，預(yù)鍛成形情況良好，未發(fā)生折疊等不良缺陷。

圖5 預(yù)鍛初始狀態(tài)

圖6 預(yù)鍛終步圖

⑶終鍛靠預(yù)鍛外徑定位，終鍛模擬效果如圖7和圖8 所示，同樣采用1/4 模擬，最大外徑處最后充滿，終鍛力約780×4=3120t，終鍛成形充滿情況良好，也未發(fā)生不良缺陷。對(duì)于此類圓盤件(直徑φ223mm)的閉式鍛造，按常規(guī)的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，終鍛力約2700 ～3100t，與模擬結(jié)果基本一致。

圖7 終鍛初始狀態(tài)

圖8 終鍛終步圖

⑷最后完成沖孔工步。

這種常用的鍛造生產(chǎn)工藝批量生產(chǎn)的情況雖然良好，但所需噸位較大，而且最大外圓處會(huì)存在一邊產(chǎn)生縱向毛刺，另一邊存在圓角的情況。另外，在4000t 熱模鍛壓力機(jī)上做四工位時(shí)預(yù)鍛和終鍛不能同時(shí)進(jìn)行，需隔工位生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)效率，而且對(duì)下料的精度也有很高的要求，否則生產(chǎn)出的鍛件一致性較差。

能顯著降低鍛造成形力的工藝

工藝分析

此種工藝的工藝路線與前面一致，不同點(diǎn)在于預(yù)鍛和終鍛模腔的設(shè)計(jì)，常用的鍛造工藝對(duì)預(yù)鍛連皮的厚度設(shè)計(jì)會(huì)大于終鍛連皮，保證材料始終由內(nèi)向外流動(dòng)，這種設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)是基本不會(huì)產(chǎn)生材料回流的現(xiàn)象，能很好地避免折疊情況的產(chǎn)生，弊端是最大外圓始終是最后充滿的位置，所需的成形力較大。

改進(jìn)后的工藝終鍛連皮位置的型腔體積大于預(yù)鍛，預(yù)鍛時(shí)提前把材料擠到外徑處，在終鍛時(shí)再把材料由外圈擠入至連皮位置，相當(dāng)于內(nèi)開式鍛造，終鍛的連皮也充當(dāng)了飛邊橋和倉(cāng)的作用，且在設(shè)計(jì)時(shí)把預(yù)鍛外徑位置的高度尺寸完全放開，對(duì)降低預(yù)鍛力也有很大的作用。

鐓粗采用平板鐓粗的方式，改進(jìn)后的預(yù)鍛模擬效果如圖9 和圖10 所示，預(yù)鍛力Fy≈300×4=1200t(1/4 模擬)，成形情況良好。

圖9 改進(jìn)后預(yù)鍛初始狀態(tài)

圖10 改進(jìn)后預(yù)鍛終步圖

改進(jìn)后的終鍛模擬效果如圖11 和圖12 所示，可以看出最大外徑處圓角先充滿，然后多余的材料再流向連皮，連皮位置充當(dāng)了飛邊橋和飛邊倉(cāng)，連皮位置始終有空型腔(圖12 紅框位置)，終鍛力Fz≈450×4=1800t(1/4 模擬)，成形情況良好。

圖11 改進(jìn)后終鍛初始狀態(tài)

工藝改進(jìn)后預(yù)鍛力和終鍛力都大大減小，預(yù)鍛力和終鍛力的合力約3000t，鐓粗和沖孔合力500t 左右，在4000t 熱模鍛壓力機(jī)上四工位可同時(shí)進(jìn)行，對(duì)生產(chǎn)效率有很大的提升；而且此種工藝近似于開式鍛造，中間連皮部位存在儲(chǔ)存多余料的空間，所以對(duì)下料的精度要求不限，可采用快捷的剪切下料方式，也能節(jié)約生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。

生產(chǎn)驗(yàn)證

在4000t 熱模鍛壓力機(jī)上進(jìn)行小批量生產(chǎn)，設(shè)備安裝有噸位儀，可單獨(dú)測(cè)得每次鍛打時(shí)的鍛打力，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)是壓力機(jī)上僅一個(gè)工位上有件時(shí)的情況下測(cè)得，鐓粗時(shí)噸位4014kN，預(yù)鍛時(shí)噸位10137kN，終鍛時(shí)噸位20446kN，與模擬結(jié)果基本相符。

采用剪床下料，小批量生產(chǎn)的鍛件如圖13 所示，鍛件生產(chǎn)情況良好，且鍛件的一致性也較好。

圖13 小批量生產(chǎn)的鍛件

結(jié)束語

本文介紹的能降低鍛造成形力的方法，在實(shí)際生產(chǎn)中得到了有效的驗(yàn)證，為以后生產(chǎn)此類鍛件提供了一個(gè)很好的思路，在降低設(shè)備噸位及適當(dāng)放寬下料精度要求的情況下生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鍛件，值得推廣應(yīng)用。