液態模鍛工藝在摩托車制造領域的應用

(莆田市榮興機械有限公司，福建 莆田 351100) 吳玉榮

液態模鍛工藝在摩托車制造領域的應用

(莆田市榮興機械有限公司，福建 莆田 351100) 吳玉榮

文章闡述了液態模鍛工藝在摩托車零配件制造中具體的實施過程，從產品鍛件圖設計、模具結構設計、及液態模鍛工藝過程等幾個方面，總結出產品整個生產過程應注意的關鍵技術問題。

液態模鍛工藝 應用

液態模鍛工藝是在研究壓力鑄造的基礎上逐步發展起來的一種先進制造工藝。其不但是鑄造和鍛造藝的組合，而且具有工藝簡單、成本低、產品性能高、質量可靠等優點，還可以實現無切削、少切削、精化毛坯加工、提高機械性能、節約原材料、提高生產效率和降低成本等作用。國外發達國家早在十幾年前就把液態模鍛工藝應用在汽車、摩托車零配件制造領域中。

榮興公司是家摩托車制動器、制動系統部件及其它壓鑄件專業生產廠，在研制摩托車上聯板、左右腳蹬支架的過程中，充分應用了液態模鍛工藝技術，解決了采用傳統壓鑄方法所具有的局限性，產品的機械性能、表面、內部質量大大提高，滿足了市場需求。文章探討了摩托車零配件制造中，液態模鍛工藝的具體措施，希望能對行業工程技術人員有所幫助。

1 工藝分析

有色金屬液態模鍛是一種重要的新工藝。它兼有鑄造工藝簡單、成本低，又有鍛造產品性能好、質量可靠的優點，使用該工藝又能改善勞動環境、節約能源，在榮興公司產品研發中已不斷的推廣應用。

摩托車上聯板是與避震器聯接控制摩托車方向，其外觀和機械強度要求嚴格；左右腳蹬支架為摩托車腳踏裝置，要求有強韌性，它們質量的好壞危及到行駛過程中的人身安全，只有消除這些鑄件內的氣孔、疏松等缺陷，才能提高它們的機械強度。對這些零件采用的液態模鍛工藝就包含如下內容：

（1）根據產品技術圖紙，設計鍛件的毛坯圖；

（2）液態模鍛模具設計與制造；

（3）對毛坯鍛件選擇合理的濕度、壓力、時間等工藝參數，以控制產品表面質量和內部質量的一致性；

（4）進行機械加工、熱處理、表面處理，且只需對外表面進行少量的機械加工；

（5）進行產品檢驗。

2 鍛件圖設計

鍛件圖設計是模具設計的基礎。根據摩托車上聯板、左右腳蹬支架的鍛件形狀和尺寸就可基本確定出該模具的結構形式、模具的受力情況、模具的配合及模具的材料等參數。并可進行機加工工裝銑夾具、鉆夾具及車夾具的設計。

考慮到澆注工藝對工件的要求和液態模鍛的工藝特點。主要從以下幾個方面進行鍛件圖設計。

（1）分型面的選擇

分型面按一般模鍛件設計原則，采用垂直方向分模，使模腔深度最小，以便工作脫模，并適合加壓，從而解決制造薄件零件的技術難關。

（2） 加工余量

配合面加工余量為3.5mm，其它非配合加工面，不需設加工余量。

（3） 拔模斜度

產品鍛件脫模利用頂出器脫模裝制，拔模斜度取2°~3°，模具上的凹模和凸模的拔模斜度與之相同。

（4） 收縮量

鍛件收縮最大部位是在液態金屬最后凝固的截面上，因此模鍛收縮量按1%。

3 模具結構參數設計

（1）液態模鍛模具結構設計

根據摩托車上聯板、左右腳蹬支架工件特點和所選擇的分型面，該模具選擇了組合模結構，加壓方式為直接液態模鍛法，凹模由模座固定在下模板上，凸模由螺栓固定在上模板上，從而解決了因零件特殊結構造成的結晶和成形工藝技術難關。

（2）模具間隙設計

凹、凸模之間的間隙不能過小，也不能過大。因為過小時，凹模與凸模裝配誤差會相碰或咬?。贿^大時，則金屬容易通過間隙噴出，造成事故，或在間隙中產生毛刺，減弱加壓效果，阻礙卸料。因此，我們針對本產品原材料實際情況，選擇間隙為0.2mm，保證了模具工作平穩。

（3）排氣系統設計

液態模鍛時由于工作溫度高，則使用涂料，防止工件與模具粘合。模鍛時，涂料某些成份會揮發成氣體；另外，金屬液凝固時，也有一部份氣體集中在轉角處或其他地方，使工件產生平面或棱角缺陷，所以應在模具角部或易于存積氣體部位開設排氣道。

通過上述結構設計，并選用合適的液壓機，使凸模將力傳遞于毛坯上，為金屬結晶過程創造良好條件，保證液態模鍛件能良好成形。

4 液態模鍛工藝設計

采用液態模鍛進行摩托車上聯板、左右腳蹬支架的加工過程中，經過多次試驗，我們采用如下工藝：

合金熔化→預熱模具→ 模具噴涂潤滑劑→ 液態金屬澆注→ 加壓→ 保壓→ 壓力去除→ 工件取出。該產品液態模鍛的加壓方式為直接液態模鍛法，其過程：當溶融金屬澆入凹模中，凸模下行與凹模形成封閉型腔，同時將金屬液壓成零件形狀；模鍛完畢，凸模上行，鍛件總是卡在凹模中，油壓機項出缸的頂桿將鍛件頂起取出。

根據液壓模鍛生產特點和關鍵技術，對該項目產品鋁合金熔煉工藝和液態模鍛工藝參數的選擇和調整，我們采取了如下措施：

（1）摩托車上聯板、左右腳蹬支架的熔煉按照規定的操作工藝程序，將配制好的鋁合金錠ZL101放入經過預熱涂有涂料的熔爐內進行加熱熔化，待爐溫升至700℃時，進行除氣精煉，反復進行2～3次，把渣滓除去，等候5min~10min，待爐溫達到740℃時，即可出爐澆注，鍛件的化學成份和機械性能符合GB1173-86《鑄造鋁合金》的規定。

（2）液態模鍛工藝參數包括壓力的大小、加壓開始時間、加壓速度、保壓時間、金屬液澆注溫度、模具溫度、潤滑劑等。在產品生產實踐中，主要根據鑄件結構特點 （大小、壁厚、復雜程度等），結合鋁合金熔煉情況等因素，通過試模調整確定的模鍛工藝參數。

（3）模具預熱是液態模鍛中和一個重要因素，它直接影響產品的質量和模具壽命，模溫過高，會使金屬焊在模壁上，晶?？赡艽执?；過低，液體金屬急劇冷卻，降低產品表面質量。預熱后，可減少溫差，降低熱應力。模具預熱溫度為200℃～300℃，隨著工藝過程進行，由于模溫不斷升高會影響工作，所以在設計模具時設有冷卻系統，使模溫保持一定范圍，延長模具使用壽命。

（4）潤滑劑在模具達到預熱溫度后在其表面用噴槍噴涂，采用動物油 （PRT-02），保證噴涂均勻和適量，避免影響工件表面質量 （表面形成氣孔或不光潔）。

（5）鋁合金澆注溫度一般控制在740℃左右。因液態模鍛沒有澆注系統，并且是靠壓力來充填模腔的各個角落。通過試驗證明，澆注溫度過高 （高于750℃），鍛件內部晶體粗大，產生縮孔；澆注溫度過低 （低于720℃），鍛件產生冷隔現象。

（6）為了得到細晶體以及壓實工件內部可能出現的鑄造缺陷，必須施加足夠壓力。但若壓力過大，會降低模具壽命，增加動力消耗和設備費用。選擇合適的工作壓力至關重要。合適的工作壓力和加壓方式與工件形狀、壁厚、高度以及材料有關。但到目前為止，所需壓力大小尚無精確的理論計算方法，只能通過試驗取得。榮興公司生產的摩托車上聯板，通過施加不同的壓力，可看出有不同的結果，如表1所示：

從表1中可看出，施加壓力必須達到20 MPa以上，摩托車上聯板工件才達到合格。

表1 不同工作壓力下鑄件質量比較

（7）加壓時間、加壓速度及保壓時間的選擇。

加壓開始時間，一般以金屬冷卻到不低于其固相線溫度為準。這一時間取決于金屬澆注溫度、液相——固相線溫度外，還與模具預熱和模腔復雜程度有關。開始加壓時間過晚，會使金屬自由結殼層厚度增大、增加變形抗力，降低加壓效果，影響鍛件質量。本產品般掌握在液態金屬澆好后，靜待5s~10s開始加壓。

加壓速度是指凸模接觸金屬后的運動速度。凸模以一定的速度將壓力施加于金屬上，便于金屬成型、結晶和塑性變形。速度控制適當，可以防止引起金屬飛濺，同時使液體金屬旋渦吸入氣體，造成鍛件質量下降。

保壓時間指加壓開始到金屬完全凝固所需的時間。在整個加壓時間內，壓力保持穩定，使液體金屬在壓力下完全凝固。時間控制不能過短，否則會使鍛件中心在尚未完全凝固情況下缺壓，得不到補縮而產生縮孔、疏松，時間也不能過長，否則會使脫模困難、模溫升高，影響模具壽命及鑄件表面質量，合理的保壓時間一般按鍛件壁厚而定。

5 結束語

榮興公司用液態模鍛工藝生產的摩托車上聯板、左右腳蹬支架產品已定型，其質量穩定可靠并大量供貨，其產品技術含量、技術附加值高，市場競爭力強。通過這些產品的研制，我們得出以下結論：

（1）用液態模鍛工藝生產的摩托車鋁合金零配件是可行的，產品性能可以完全滿足使用要求，是鋼質零件的更新換代產品。

（2）工藝參數的選擇正確與否，直接關系到產品的質量和工藝的正確實施。經過生產實踐證明，榮興公司生產的摩托車上聯板、左右腳蹬支架的工藝參數選擇是合理的，滿足生產要求。

（3）通過這些產品的開發，為其它同類零件的研制提供了較好的參考。

（4）與傳統加工工藝相比，采用液態模鍛工藝可大大節省材料和加工工時，并且零件的強度、韌度和穩定性完全滿足設計要求。