多向鍛造應(yīng)用淺談

文/蔣林·成都圣燈精密鍛造有限公司

多向鍛造應(yīng)用淺談

文/蔣林·成都圣燈精密鍛造有限公司

蔣林，總工程師，企業(yè)創(chuàng)始人，自上世紀90年代末期始，全方位的開發(fā)出民用產(chǎn)品多向鍛造工藝技術(shù)，包括多向鍛造設(shè)備的設(shè)計制造，多向鍛造工藝方案制訂，多向鍛造工裝模具設(shè)計方案確定等。擁有板框式液動多向鍛造機結(jié)構(gòu)設(shè)計專利。

多向鍛造概念

多向鍛造是一種封閉式凈成形鍛造加工工藝。它鍛造的產(chǎn)品，不單外形精密，還可擠出產(chǎn)品內(nèi)孔。所以，用這種工藝生產(chǎn)的鍛件，既有組織結(jié)構(gòu)細密，外觀形狀復(fù)雜精密，還可以節(jié)約材料，降低能耗，尤其在加工異形內(nèi)孔類產(chǎn)品時，其優(yōu)勢更加明顯。精密鍛件如圖1所示。

圖1 精密鍛件

圖2 鑿巖機缸體

圖1中的精密鍛件兩端均為異形內(nèi)孔。采用多向鍛造工藝生產(chǎn)該產(chǎn)品時，在多向鍛造設(shè)備上實現(xiàn)產(chǎn)品內(nèi)外一火成形，生產(chǎn)效率較原來的常規(guī)鍛造工藝提高數(shù)倍。多向鍛造工藝的實施有兩大類別：一是在常規(guī)鍛造設(shè)備上，使用特制多向成形模具實現(xiàn)多向鍛造成形；二是采用多向鍛造專用設(shè)備鍛造成形。前者利用常規(guī)鍛造設(shè)備，配合結(jié)構(gòu)復(fù)雜的復(fù)合動作模具來實現(xiàn)多向鍛造，其實施噸位非常有限，大多運用于制造小型產(chǎn)品，如五金雜件等。產(chǎn)品單重大都小于一公斤。后者需要專用的多向鍛造設(shè)備，前期投入較大，但是工藝性能優(yōu)越，生產(chǎn)模具相對簡單，適應(yīng)產(chǎn)品能力極高，一般產(chǎn)品單重10公斤左右，大型設(shè)備甚至可以鍛造上百公斤單重的鍛件。所述多向鍛造屬后一類別。我公司有兩條以2000噸級的自制液動多向鍛造機為主機的多向鍛造生產(chǎn)線，先后鍛造加工過鑿巖機缸體、機頭、汽車轉(zhuǎn)向機、萬向聯(lián)軸節(jié)、閥體、轉(zhuǎn)桿接頭等多種類鍛件。

多向鍛造產(chǎn)品工藝

鑿巖機缸體產(chǎn)品形狀如圖2所示。這個產(chǎn)品既有復(fù)雜的外形鍛造成形要求，又需要高強度的薄壁缸筒，是一種非常典型的多向鍛造產(chǎn)品，常見的多向鍛造規(guī)范中多有提及，下套筒模具結(jié)構(gòu)如圖3所示，也就是鑿巖機缸體。

在我們采用多向鍛造工藝生產(chǎn)該產(chǎn)品之前，業(yè)內(nèi)均使用常規(guī)鍛造工藝如3噸模鍛錘等加工制作。常規(guī)鍛造工藝加工的缸體鍛件，其外觀尚能滿足產(chǎn)品設(shè)計的質(zhì)量要求。但是，常規(guī)工藝卻只能鍛造出實心體鍛件。在配件的后續(xù)加工中，首先要耗費大量的工時來掏空內(nèi)腔，既耗費材料，又耗費工時，生產(chǎn)效率很低。我們采用多向鍛造工藝生產(chǎn)鑿巖機缸體，不僅外觀質(zhì)量高，在實現(xiàn)閉式鍛造無飛邊損耗的同時，因為兩側(cè)擠制出了預(yù)孔，從而進一步大幅度降低材料消耗，也減少了后期掏孔的工時消耗。多向鍛造工件圖如圖4所示。

圖3 下套筒模具結(jié)構(gòu)

圖4 多向鍛造工件圖

根據(jù)我們的實際測算，同規(guī)格產(chǎn)品，采用多向鍛造時料耗為12公斤，采用常規(guī)工藝鍛造時料耗為18公斤。兩種工藝比較，常規(guī)工藝比多向鍛造多消耗材料50%。由此可見，多向鍛造在節(jié)能降耗方面具有相當明顯的優(yōu)勢。

多向鍛造不僅省料，還能巧妙的節(jié)能。仍然按前述鑿巖機缸體鍛件為例，常規(guī)工藝為3噸模鍛錘鍛打成形，我們用2000噸液動多向鍛造機鍛制。多向鍛造機是由兩個側(cè)缸來施加成形能量的，該油缸的設(shè)計噸位僅僅300噸。如果按照普通理論知識所述，采用多向鍛造工藝鍛造這個產(chǎn)品時，模具結(jié)構(gòu)圖如圖5所示 。

按照這個模具結(jié)構(gòu)，其端面沖頭截面形狀如圖6所示。由此圖形可得到端面沖頭面積約為130cm2，以產(chǎn)品成形流動應(yīng)力按600MPa計算，理論成形噸位為780噸。我們在模具設(shè)計中，充分利用閉式模具的成形特點，沖頭形狀等同鍛件內(nèi)孔尺寸，從而有效的降低了產(chǎn)品的成形噸位。改進后模具結(jié)構(gòu)如圖7所示 ，改進后沖頭截面如圖8所示。

圖5 模具結(jié)構(gòu)圖

圖6 端面沖頭截面形狀

圖7 改進后模具結(jié)構(gòu)

圖8 改進后沖頭截面

圖8中陰影內(nèi)圓是改進的沖頭截面，面積只有約35cm2,按照同樣的成形流動應(yīng)力計算，所需成形噸位僅為210噸。除了中空類鍛件，對于一些外形復(fù)雜的鍛件，多向鍛造也具有工藝簡單、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的長處。多向鍛造轉(zhuǎn)向節(jié)鍛件如圖9所示。

用傳統(tǒng)工藝鍛制該產(chǎn)品，需要通過比較復(fù)雜的制坯，初鍛工步之后才能進行終鍛。其生產(chǎn)過程占用設(shè)備多，使用生產(chǎn)人員多，生產(chǎn)周期長。而采用多向鍛造制造同一產(chǎn)品，無需任何預(yù)加工工步，材料加熱后直接裝模成形，工序鏈短，操作人員少，生產(chǎn)周期短，正所謂實實在在的多快好省。多向鍛造實物照片如圖10所示。

由產(chǎn)品圖片可見，鍛件符合凈成形的精鍛要求，少無飛邊，除了具備前述工藝優(yōu)點，相比常規(guī)工藝鍛造還可以節(jié)約10%～15%的飛邊料耗。

圖9 多向鍛造轉(zhuǎn)向節(jié)鍛件

圖10 多向鍛造實物照片

結(jié)束語

近年來，國內(nèi)的多向鍛造生產(chǎn)已經(jīng)在諸多行業(yè)崛起，尤其在國家重點項目當中已經(jīng)做出了卓越的成績。不過，多向鍛造工藝還有許多應(yīng)用領(lǐng)域尚待開發(fā)。相信在不遠的將來，多向鍛造必然會發(fā)揮出更加卓越的實際效益。

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