淺談徑鍛機模具對產品的影響

何雪龍

（蘭州蘭石能源裝備工程研究院有限公司，甘肅 蘭州 730050）

淺談徑鍛機模具對產品的影響

何雪龍

（蘭州蘭石能源裝備工程研究院有限公司，甘肅 蘭州 730050）

通過對現場產品的研究發現，徑鍛機的夾爪和錘頭對于整個徑鍛工藝有很重要的作用。通過對夾爪和錘頭的理論分析，了解模具對產品可能產生的影響，通過合理的模具設計，工藝編排規避不良影響，使產品尺寸精準度更高，表面質量更佳。

徑鍛機；夾爪；錘頭；模具

徑鍛機作為一種先進的鍛造設備，具有鍛打頻率高、速度快、每次變形量小等優勢[1]。徑鍛機利用夾頭夾爪夾持坯料，被周圍分布的多個（2～8個）錘頭進行快速、同步鍛打，鍛件處于三向壓應力狀態，有效提高金屬塑性[2]。

徑鍛機通過各種錘頭和夾爪等模具，使其能夠適用于各種外形（圓、方、六方等）的實心或空心長軸類鍛件及內部輪廓復雜（內螺紋、內花鍵、槍膛線等）或內孔直徑很小的長直空心軸鍛件的加工鍛打[3]。如圖1所示圓截面工件,工作時一邊低速旋轉,一邊夾頭軸向進給；若工件為非圓截面,則只軸向進給而不旋轉[4]。

圖1 徑向鍛造二維視圖

徑鍛機在每道次鍛造過程中，坯料變形量較小，使得變形時需要的力和功較小，變形更加容易。在單位時間內，坯料受到鍛打次數高，軸向進給速度快，生產效率更高。而坯料周圍受到多個錘頭的同步打擊，這種鍛打方式，使坯料處于多向壓應力狀態，有利于提高金屬的塑性[2]。一般對低塑性金屬脈動加載要比連續加載時金屬塑性提高2.5～3倍。

本文闡明我公司在實際操作徑鍛機鍛打的過程中，夾爪和錘頭作為與鍛件直接接觸的模具，其設計好壞是產品品質的關鍵保障。

1 夾爪

1.1 夾爪對工件的影響

1.1.1 溫度

坯料被鍛打時，夾爪加持的部分降溫非常迅速，此時鍛打時產生的抗力更大，內部組織流動性不佳，導致產品性能不合格，甚至內部產生裂紋。

1.1.2 夾持力

夾爪夾持坯料邊旋轉邊鍛打時，如夾持力不足，夾爪會和工件之間產生相對滑動，導致產品表面劃傷，甚至工件從夾爪中直接脫落，產生掉料。

如夾持力很大，但又小于鍛錘打到鍛件上的鍛造力時，工件和夾爪之間會產生滑動，導致工件表面打滑甚至起皺[5]，工藝欠佳，如圖2所示。

圖2 夾持力對工件表面影響示例圖

1.2 夾爪的分類

根據夾頭連接方式，夾爪分為單銷夾爪（圖3）和雙銷夾爪（圖4）。

1.3 夾爪的選擇

1.3.1單銷夾爪

單銷夾爪作為萬能夾爪，其設計更簡單，使用更廣泛，適用于各種形狀的坯料。但單銷夾爪為將坯料夾至更緊，需與工件有更長的接觸面，因成品在夾爪與工件接觸區域面的質量不好，導致材料利用率下降；同時單銷夾爪可以繞銷軸轉動，夾頭夾料時，會產生一個夾爪立夾而其他三個平夾的現象，如圖5所示，此時需重新夾持，影響生產效率。

圖3 單銷夾爪

圖4 雙銷夾爪

圖5 夾爪夾料示意圖

1.3.2 雙銷夾爪

雙銷夾爪為滿足多種規格坯料的夾持，工作面不能為一個平面，而是多個面，因而設計更加復雜，適用于大批量、同規格的坯料。此夾爪與坯料接觸面少，夾料時更加平穩，夾持力可以比單銷夾爪小，有利于產品表面質量，材料利用率更高，生產效率也更高。

2 錘頭

在坯料四周，對稱分布著兩對或多對錘頭，對坯料沿徑向進行高頻率往復鍛打，坯料作軸向送進，從而使坯料按工藝要求變形[3]。

2.1 錘頭的結構形式

錘頭作為直接接觸工件的模具，根據鍛件形狀可采用不同的錘頭，圖6為通用錘頭，可鍛圓截面鍛件，也可鍛方截面鍛件；圖7為矩形錘頭，只能鍛矩形截面鍛件。此外還有六方錘頭及異形錘頭，可鍛造六方等異形件。

2.2 錘頭工作面形式

錘頭工作面分為預鍛面和成形面。目前常用的錘頭形式有兩種，如圖8、9所示。這種設計使得坯料在較長的預鍛面上均勻平穩地變形，內部晶粒變形緩慢，變形易深入內部，鍛造效果更好，質量更佳。因鍛件先經過預鍛面后才經過成形面鍛打至目標尺寸，因此設備承受的反力更小，使用壽命更長，動力消耗也更小。

圖6 通用錘頭圖

圖7 矩形錘頭

圖8 兩端帶預鍛面

圖9 一端帶預鍛面

2.3 錘頭橫斷面的形狀

錘頭橫截面為4°或6°的斜面，如圖10所示，坯料邊旋轉邊進給，四個錘頭的斜面與坯料的旋轉方向一致，以避免卡傷坯料，并保證鍛件有更好的鍛透性，如圖11所示。

圖10 4°斜角的工作面

圖11 鍛造原理

圖12 錘頭與鍛透深度的關系

圖13 表面啃料現象

錘頭工作面在鍛打一段時間后，橫截面會成為凹圓弧狀，錘頭在鍛打坯料時，工件變形情況如圖12所示[6]。如果圓弧半徑太小，錘頭兩側會出現啃料現象，如圖13所示，鍛造時易使工件表面出現折疊。圓弧如果過大，鍛造時工件與錘頭接觸面變大，導致相同壓下量時，鍛造功率上升，導致工件表面的工藝更差，此時需對錘頭進行修理[7]。

3 結論

對徑鍛工藝研究表明，其應用范圍很廣，可以實現多種鍛造工藝。通過對夾頭夾爪和錘頭進行深入理論研究、設計，結合對現場鍛打狀況的深入研究，優化工藝、模具設計，節省材料消耗，降低生產成本，提升自動化生產水平。

[1] 周海東.精鍛機工藝特點及生產管理體會 [J].科技信息，2009，（18）：614-615.

[2]胡 妍.CNC高精度全自動旋鍛機的設計與研究[D].西安：陜西科技大學，2009：10-11.

[3]夏 華，胡亞民，袁 亮.精鍛的工藝原理和精鍛機的應用[A].首屆鍛壓裝備與制造技術論壇論文集[C].廣州，2004.

[4]沈陽第一鍛造廠.精密鍛軸工藝[M].北京：機械工業出版社，1974.

[5]呂 炎.鍛件缺陷分析與對策[M].北京：機械工業出版社，1999.

[6]余 瓊，董湘懷，吳云劍.徑向壓下率與送進率對徑向鍛造工件質量的影響[J].鍛壓技術，2015，40（8）：64-70.

[7] 洪慎章.回轉成形實用技術.北京：機械工業出版社，2013.

Preliminary discussion about influence of tool product for radial forging machine

HE Xuelong
（Lanzhou Lanshi Energy Equipment Engineering Institute Co.,Ltd.,Lanzhou 730050,Gansu China）

It is found that the clamping jaw and hammer of the radial forging machine play very vital roles in the whole radial forging process by use of study on the on-site products.Through theoretical analysis of the clamping jaw and hammer,the possible influence of tool to the product has been understood.The highdimensional accuracy and better surface finish of the product have been obtained by use of reasonable tool design and process layout to avoid the bad influence.

Radial forging machine;Clamping jaw;Hammer

TG315.5+2

B

10.16316/j.issn.1672－0121.2017.01.012

1672－0121（2017）01－0052－02

2016－10－12；

2016－12－06

何雪龍（1986－），男，助工，從事徑鍛機設計研發。E－mail：hxl_5358@163.com。