薄板異形鍛件折疊的產生原因及其解決辦法

文／趙艷鳳，羅華生·柳州金鍛方盛工業有限公司

薄板異形鍛件折疊的產生原因及其解決辦法

文／趙艷鳳，羅華生·柳州金鍛方盛工業有限公司

趙艷鳳，研發課課長，主要從事普通模鍛、熱模鍛及摩擦壓力機等設備上的新產品開發及工藝改造工作。

鍛件圖和工藝參數

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口件，現已轉為國內開發生產。

鍛件重15.1kg，材質為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，按重量計算的話，其鍛件復雜系數為S3級，但其薄板面積為24578mm2，相當于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，因此該鍛件復雜系數實際上應該為S4級，即為最復雜類薄板鍛件。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，截面變化大容易產生充不滿、折疊和變形等品質問題。通過以上分析可知，該產品為復雜的薄板異形鍛件。

圖3 計算截面圖及計算直徑圖

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

設備選擇

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

工藝流程

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

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。

下料根據計算直徑圖采用φ100mm的棒料；制坯采用空氣錘帶型槽拔料；壓彎開在預鍛模上，進而節約了一臺設備，壓彎模膛的形狀根據終鍛模膛在分模面上的外形(水平投影)用作圖法制出；預鍛和終鍛采用3t電液錘和5t電液錘的聯合鍛造。為防止噸位不足產生模鍛打不靠，在預鍛時厚度取負差值，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鍛時進行特殊處理，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，還需壓印產品可追溯標識。

折疊的產生和解決

由于薄板異形鍛件金屬流動復雜，故極易產生折疊。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患，因此技術條件中規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。

折疊產生的部位及原因分析

在試制過程中鍛件出現了如圖4所示的折疊。

通過對該產品的分析及工藝模擬發現，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筋流動(鐓擠)，另外還有部分金屬側向流入徑向加強筋，在流動過程中易在加強筋交匯處形成空腔，最后鍛打封閉形成折疊。

消除折疊的措施

根據形成原因，我們初期采取的對策是增大加強筋型腔的圓角半徑R，由原來的R8改為R15，使金屬更容易流入型腔，消除預鍛空腔。初期改善有一定的效果，樣件在生產過程中消除了折疊，但在小批量生產過程中發現其不穩定，通過磁粉探傷發現有較多產品產生了細小的折疊，無法形成穩定批量生產。

如何在現有的模具上進行較小的修改從而達到防止折疊產生的目的呢？根據以上分析可知，折疊是因為多股金屬往此處流動時形成空腔而產生的，只有減少金屬流動量及速度，并在預鍛工序為終鍛工序匹配適當的坯料體積，才可使其不產生空腔從而達到消除折疊的目的。為此，我們在預鍛工序將徑向加強筋的高度局部減小，并增加φ70.9mm圓柱的高度，以使在終鍛時徑向加強筋有足夠的坯料鐓擠成形。

采取的措施：將產生空腔折疊的模具里對應的徑向加強筋部分局部填焊起來，預鍛時折疊消除(圖5)，進而消除了終鍛產品(圖6)折疊的產生，滿足了其穩定批量生產的要求。該產品的另外一個難點為產品的平面度要求在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的穩定性及效率，空氣錘制坯可在后續采用輥鍛制坯進行改善。

結束語

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