安裝法蘭鍛造工藝及模具設(shè)計(jì)

孫建華

安裝法蘭是工程機(jī)械液壓缸關(guān)鍵受力部件，必須具有較好的綜合力學(xué)性能，才能滿足工程作業(yè)過程中的很大負(fù)荷，否則，作業(yè)過程中一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，將造成很大安全事故及不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。經(jīng)分析，采用模鍛件制造該產(chǎn)品是比較合理的選擇。

1.產(chǎn)品特性分析

產(chǎn)品零件如圖1所示，材質(zhì)為35鋼。為便于分析，把該產(chǎn)品分為上下兩部分，上半部分稱為頭部，下半部分稱為頸部。頭部為扁平長(zhǎng)方形，特點(diǎn)是面積大、厚度很薄；頸部為圓筒形狀，特點(diǎn)是孔大、頸高、壁薄。根據(jù)產(chǎn)品特性分析，可看出該產(chǎn)品鍛造難度較大。

2.鍛造工藝性分析

（1）常規(guī)鍛造工藝設(shè)計(jì) 根據(jù)該產(chǎn)品特性，其最大截面在頭部，所以分模線位置選取在頭部厚度尺寸38mm的中心位置是比較合理的，鍛件如圖2所示。由于頸部壁薄，內(nèi)孔大且深，成形難度較大，所以頸部放在上模。上模型腔窄且深，如圖2中A部位，成形較困難。

為保證鍛件飽滿成形及順利出模，應(yīng)盡量減小上模凸臺(tái)高度尺寸，所以內(nèi)孔設(shè)計(jì)為盲孔；法蘭頭部設(shè)計(jì)在下模，為了放料穩(wěn)定，下模內(nèi)孔凸臺(tái)也盡量設(shè)計(jì)低一點(diǎn)，不要超過分模線；為能順利脫模，上模內(nèi)外拔模斜度都稍大一些，內(nèi)斜度為10°，外斜度為5°。

鍛造工藝流程：下料→加熱（天然氣加熱爐）→鐓粗（10kN空氣錘）→成形（25MN摩擦壓力機(jī)）→切邊（3150kN切邊壓力機(jī)）。

按照常規(guī)設(shè)計(jì)，鍛件凈重約43kg，從圖2中可以看出，由于沒有沖孔，中間連皮很厚，同時(shí)由于拔模斜度較大，鍛件不但要消耗很大一部分材料，且給后續(xù)機(jī)加工帶來很大困難，這樣就大幅增加了產(chǎn)品制造成本。

（2）復(fù)合擠壓工藝設(shè)計(jì) 為減輕鍛件重量，結(jié)合我公司具體設(shè)備條件，經(jīng)分析，決定采用復(fù)合擠壓工藝對(duì)鍛件進(jìn)行改進(jìn)，如圖3所示。

經(jīng)改進(jìn)的鍛件屬于高轂深孔復(fù)雜鍛件。頭部厚度與最大尺寸比為0.13（＜0.2）；頸部為薄壁圓筒形，因此該鍛件為復(fù)雜件，復(fù)雜系數(shù)S4，鍛造難度較大。

圖1 產(chǎn)品零件

圖2 鍛件常規(guī)設(shè)計(jì)

該產(chǎn)品難度主要是頸部成形，分模線選取在法蘭頭部尺寸38mm的中心位置，頸部放在下模，法蘭上半部分在上模；為保證頸部成形飽滿，下模內(nèi)孔凸臺(tái)取40mm；如果此尺寸太小，上沖頭凸出部分相應(yīng)就要高一些，反擠深度就會(huì)加大，這樣會(huì)加大成形難度，經(jīng)綜合考慮，上模沖頭凸出部分高度設(shè)計(jì)為113mm。

為了既保證鍛件能從下模順利脫模，又能保證鍛造時(shí)鍛件和下模之間有一定的摩擦力，阻止沖頭拔出時(shí)，鍛件不會(huì)和沖頭一起被拔出來，保證鍛件不會(huì)粘在沖頭上，頸部外斜度取2°，內(nèi)斜度取5°。內(nèi)孔設(shè)計(jì)時(shí)，為了減小由于毛坯上表面不平帶來的側(cè)滑力，底部設(shè)計(jì)一φ100mm圓臺(tái)；另外，為了保證鍛造時(shí)沖頭底部金屬向上流動(dòng)通暢，避免造成內(nèi)孔折疊缺陷，在φ100mm向外設(shè)計(jì)成30°向上斜角，同時(shí)內(nèi)孔底部圓角加大。

該鍛件下料采用φ150mm材料。下料重量為35kg，毛坯尺寸為φ210mm×125mm。

鍛造工藝流程：下料→加熱（天然氣加熱爐）→鐓粗（1t空氣錘）→成形（25MN摩擦壓力機(jī)）→沖孔（3150kN切邊壓力機(jī)）→切邊（3150kN切邊壓力機(jī)）。

3.模具設(shè)計(jì)

鍛模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4所示，模架為矩形組合式，采用導(dǎo)柱導(dǎo)向。鍛模采用圓形鑲塊結(jié)構(gòu)，采用斜楔緊固。由于鍛件在下模部分深度較深，出模較困難，因此采用下頂料。上模沖頭由于鍛打時(shí)受力狀況較惡劣，磨損很嚴(yán)重，需經(jīng)常修理，因此采用組合式結(jié)構(gòu)，當(dāng)沖頭磨損嚴(yán)重時(shí)，可快速更換，這樣既節(jié)省換模時(shí)間，實(shí)現(xiàn)快速換模，提高生產(chǎn)效率，又可大幅延長(zhǎng)模具壽命，降低模具費(fèi)用。

4.鍛造過程注意事項(xiàng)

鍛造過程中，應(yīng)注意：

（1）在坯料鐓粗過程中，應(yīng)盡量使上、下兩端面平整，否則，擠壓過程中，與端面接觸的表面會(huì)使沖頭產(chǎn)生側(cè)向力，從而使沖頭受力狀況更加惡劣。

（2）擠壓前，一定要把氧化皮清理干凈，否則，由于下面型腔很深且局部很窄，氧化皮會(huì)聚集在下面根部很難清理出來，同時(shí)由于氧化皮聚集在底部，會(huì)造成高度方向加工余量不足而產(chǎn)生廢品。

（3）擠壓時(shí)，先要在坯料上平面心部撒一些木屑，木屑燃燒時(shí)會(huì)在坯料和沖頭間產(chǎn)生氣體，幫助沖頭和鍛件順利脫離，否則鍛件會(huì)因向上流動(dòng)的金屬溫度降低而緊緊抱住沖頭，結(jié)果造成沖頭迅速升溫而報(bào)廢。

5.結(jié)語

安裝法蘭鍛件采用復(fù)合擠壓成形，和常規(guī)模鍛設(shè)計(jì)相比，單件節(jié)省材料27.9%達(dá)12kg，批量生產(chǎn)可節(jié)約大量鋼材；同時(shí)由于鍛件加工余量小，機(jī)加工工時(shí)大幅降低，生產(chǎn)效率大幅提高，產(chǎn)品成本綜合成本降低30%以上，取得了較大經(jīng)濟(jì)效益。

圖3 鍛件改進(jìn)設(shè)計(jì)

圖4 模具結(jié)構(gòu)