鍛件折疊缺陷、產生成因及預控方法

黃進城

摘 要：文章分析了影響鍛件發生折疊缺陷的幾種原因，從鍛造工藝等其它方面提出相應的改進措施。

關鍵詞：鍛件折疊缺陷；產生成因；預控方法

中圖分類號：TG319 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）32-0103-01

模鍛件有不少封閉的斷面，兩肋間距離短，肋較薄，兩肋間距和腹板間厚度大，并且不少部位表面是非加工成的。因為模鍛件肋薄很多，在生產中經常在薄肋和腹板相交處、肋和緣條連接處產生折疊問題。模鍛件上折疊破壞其連續性，由于它使斷面部分變弱，或在使用時出現應力集中而發生疲勞裂紋，很大程度上減小鍛件承載能力，而肋一般都用來給予剛性或為別的零件提供安裝或者鏈接面，所以要防止折疊缺陷。

1 鋁合金模鍛件折疊缺陷部位和原因分析

1.1 模鍛件折疊部位

由鍛件結構與外形能夠看出，在生產中折疊大多發生在鍛件腹板和筋、筋和緣條部位。

1.2 折疊缺陷的原因

①毛料設計，設計不合理，造成金屬分配存在差異性。鍛件工藝選擇直徑是180 mm×420 mm長棒材，按照二次多方段進行打方，直到120 mm×180 mm×480 mm，然后對其中間局部進行拔長，再在50水壓機上終壓成型。由其外形可知，其上下筋對稱，雖然毛料外形與鍛件外形接近，如圖1所示。但是通過圖1可知鍛件毛料上部與底部金屬不均勻，底部金屬分布較大，高度不夠，鍛件是上下對稱的，在模壓時，上部筋充滿著型腔，下部金屬沒有充滿，隨著變形在型腔中圓角上部就產生一個空穴，最終在此處金屬與下部匯合充填，產生折疊。

②從腹板和筋連接部位圓角半徑分析，由于該圓角半徑小，在模鍛中，兩筋充滿后，上下模不斷靠攏，表面金屬順著阻力較小方向穿過，流進毛邊槽，并帶動表面金屬外流，使筋與腹板疊在一起，產生折疊。

③從金屬流向考慮模壓時，金屬填充型腔中，不是貼著圓角壁流入，離開圓角，使金屬先和相對側壁接觸，再與底部接觸，向圓角處出現金屬倒流，這使正流與倒流金屬表面發生重合，進而形成折疊。

④上一次模壓完時修傷沒有徹底，沒有快速把折疊修干凈而使其進入下一次模壓，使鍛件內部與外部都有折疊。

1.3 解決折疊缺陷方法

①把鍛件毛料改成選擇直徑是170 mm×280 mm長棒材，在拔長模上進行拔長，拔成頭端是直徑（170×80+10）mm，尾部壓扁到70+5 mm厚。選擇新改進毛料來模壓，可看到其上下金屬均勻，在模壓過程中金屬變形比較均勻，在棒子拔長部位圓角將圓滑過渡，在模壓時使和分模垂直方向上流動阻力較小，不能在型腔中圓角上部產生空穴，讓金屬均勻充滿型腔。②增加筋和腹板上圓角與模具上凸圓角半徑，使金屬模壓時均勻充滿型腔，流動阻力減小，多余金屬將沿模腔外形流入毛邊槽。③經過改進工藝的鍛件表面不存在折疊，流線沿著鍛件分布，符合圖紙和驗收標準。

2 軸類鍛件的折疊缺陷

在鍛件中，有較大部分是軸類鍛件，其成形模具是摔模，由上下兩部分構成，鍛造中鍛件繞著軸線旋轉，沒有飛邊，例如卡摔模和調直摔模。摔模成形特點是通過模具側面壓力來制約金屬橫向流動，使金屬順著軸線延長，和自由鍛成形比起來，拔長率提高到20%～40%。同時，內拔長時應力情況也能防止內部出現縱向裂紋。在生產中發現，臺階軸鍛件使用一般摔模鍛造時，往往在臺階部位發生折疊缺陷。

2.1 折疊缺陷問題

下面是半軸鍛件工藝，以此說明利用成形臺階軸過程中出現缺陷，和模具改進后的解決。半軸成形步驟是：①壓肩直徑是130 mm；②拔長兩端到直徑130 mm，自由鍛成形；③一端壓肩直徑118 mm；④拔長一端到直徑115 mm，自由鍛成形；⑤壓肩直徑108 mm；⑥拔長另一端到直徑105 mm，自由鍛成形；⑦修整和調直成形，調直摔模。利用摔模時，在步驟①、③、⑤、⑦，都容易發生折疊缺陷，尤以調直摔模這一步最為嚴重。

2.2 問題分析

現在以調直摔模這一步為例，分析缺陷原因和工序改進。摔模型腔不同部位產生臺階，其高度結合直徑差來確定，這就使鍛打過程中臺階不為金屬發生劇烈變形和流動不暢。上、下模塊在合攏時，型腔上為避免應力出現集中與使流動平滑而設置圓角在接觸臺階部位產生一個臺階縫隙，進一步對金屬流動造成影響。

這樣，在臺階部位除了大多數金屬按工裝流動產生臺階外，剩下的金屬因為直徑變化引起流動不暢，有一部分流到上、下模塊的縫隙中，形成像模鍛時的“飛邊”。在鍛件旋轉鍛造時，這部分剩下的金屬因為厚度薄在鍛造時被彎曲而貼在鍛件表面，進一步鍛打時會卡在鍛件內，形成折疊。所以，普通摔模時折疊缺陷的原因包括兩個：一個是型腔上因為直徑不同的臺階；二是型腔的圓角。針對這兩個因素進行分析：①型腔的圓角無法取消；②折疊開始出現在模塊交界處，說明接近其接觸部位臺階是造成折疊的主因。

2.3 問題的解決

對工裝進行修改，從根源上解決軸類鍛件的折疊問題。在摔模的臺階處，在小直徑型圓弧切向設置兩條切線和大直徑型圓角相切。這樣部分消除存在于模塊接觸部位臺階，減慢形狀上改變。當模塊合攏時在圓角處產生一個容納剩下金屬的空腔，不是原來的臺階縫隙。鍛打時剩下金屬分流到這個部位時，不產生飛邊，而產生一個棱形塊，在鍛件旋轉鍛造時，這部分剩下金屬因為是棱形由于其厚度后所以不是先彎曲再折疊，而是經過鍛粗和鍛平然后融進鍛件內部，成為一個整體，不會發生折疊缺陷。

3 彎曲鍛件的折疊缺陷

彎曲鍛件是常用的結構鍛件，主要有連桿、曲軸和管接頭等，這類鍛件的多數缺陷是彎角轉接部位的折疊，鍛件流線要順著零件方向分布時，這類折疊被鍛件形狀所制約，特別是彎曲角低于110 ？觷時，折疊難以避免。

3.1 零件形狀與缺陷位置

鍛件材料為不銹鋼，使用設備是摩擦壓力機，工藝是彎曲制坯和開式模鍛和冷校正。缺陷位置與深度有這種特征：位置是彎曲轉角和平臺相接處。缺陷打磨以后深度是1～2 mm，經過剖開后檢查，確定缺陷性質是折疊。

3.2 缺陷產生原因

該缺陷產生主要因為模鍛成型時，已彎曲棒料彎曲端用料少，變形區處圓臺用料多，所以在模鍛時，彎曲端材料向著最大用料圓臺處匯集，圓臺處金屬部分填到型腔，部分朝型腔外部流，與彎曲端流動來充型材料匯流，這時彎曲棒料若有褶皺等問題，會增加材料流動的差異性，因此發生折疊。

3.3 解決缺陷措施

對缺陷發生原因，要采取這種措施來解決，彎曲工序是引起折疊關鍵一步，由實驗可知，在溫度與打擊力度合適時，該種材料彎曲后，彎曲角超過120 ？觷，彎曲半徑超過8 mm時，坯料一般不出現褶皺。綜合分析該鍛件放置與用料，把彎曲角由110 ？觷改為115 ？觷，彎曲的內半徑由5 mm改成10 mm，從而降低彎曲褶皺發生可能性，消除褶皺發展成折疊隱患。還有，彎曲模具設計時，彎曲槽設計很重要。棒材彎曲以后，變形區會出現橢圓狀變形，應注意折彎后截面是否發生凹陷，如果有，要及時調整彎曲槽設計，加大傾斜角尺寸，從135 ？觷加到150 ？觷。

4 結 語

通過對鍛件折疊發生的原因分析，進而對鍛件毛料改進和模具尺寸更改，使鍛件尺寸良好，鍛件表面和低倍組織都沒有出現折疊，鍛件力學性能都符合標準要求，其質量穩定，像臺階軸，工裝改進設計已經在生產中用到全部摔模設計，基本解決了臺階軸折疊缺陷問題。彎曲鍛件折疊缺陷，重要的是鍛造工藝與模具設計必須合理、恰當。

參考文獻：

[1] 向清然.淺析模具鍛造件中折疊缺陷成因[J].科技向導，2011，（2）.

[2] 劉組表.大斷面方坯軋制折疊缺陷的產生原因及控制[J].寶鋼技術，2013，（6）.