淺析非回轉體類鍛件的閉式鍛造工藝

文/李鵬鵬，王建軍，侯旭·一汽鍛造（吉林）有限公司

閉式鍛造即無飛邊鍛造，一般只在回轉體類產品上應用，如汽車變速箱齒輪、殼體、法蘭類產品等。閉式鍛造可以大幅提高材料利用率，提高模具壽命，同時可以取消切邊工序，降低生產成本，是鍛造生產的理想目標。本文主要選取非回轉體類突緣（圖1）為研究對象，分析其閉式鍛造工藝，此工藝可以向同類產品推廣。

圖1 產品圖

開式鍛造工藝分析

鍛件圖設計

開式鍛造工藝的鍛件圖（圖2）外圓拔模斜度5°，分模線在外圓中間位置，鍛件重量5.63kg。

開式鍛造模具設計與工藝

圖2 鍛件圖(開式)

制定開式鍛造工藝流程為：加熱→鐓粗→預鍛→終鍛→切邊→沖孔→熱處理→表面清理。突緣的開式鍛造為常規設計，此處不做詳細介紹，鐓粗工序為自由鐓粗，鐓粗高度130mm；預鍛熱鍛件圖如圖3所示，設計在2500t鍛壓機上生產，預鍛飛邊厚度設計為4mm，終鍛飛邊厚度設計為3mm，采用切邊沖孔聯合模工藝，下料規格φ80mm×171mm，材料利用率83%，終鍛打擊力1878t，模具壽命7000件。

閉式鍛造工藝分析

鍛件圖設計

閉式鍛造工藝的鍛件圖（圖4）外圓拔模斜度2°，允許上邊緣充不滿R≤3mm，毛刺≤1mm，鍛件質量5.55kg。

圖3 預鍛鍛件圖(開式)

圖4 鍛件圖(閉式)

閉式鍛造模具設計與工藝

閉式鍛造工藝最重要的是預鍛模具的設計，預鍛工步主要起到預成形和分料作用，按照以往經驗設計，使用Forge軟件模擬發現，當鍛件充滿時鍛件兩側毛刺較高（圖5）。預鍛模具設計的合理，可以保證終鍛件充滿的同時不產生毛刺，非回轉體突緣形狀復雜，無法按照以往經驗設計，必須對成形過程進行分析，科學合理的設計模具，才能實現閉式鍛造工藝。制定閉式鍛造工藝流程為：加熱→鐓粗→預鍛→終鍛→沖孔→熱處理→表面清理，這里詳細介紹預鍛模具設計過程。

圖5 鍛件毛刺示意圖

預鍛模具設計的難點是使金屬向兩側扇形部位流動，保存足夠的原材料進而使終鍛工序充滿同時不產生毛刺。在鍛造過程中鍛件最窄處首先充滿，此處鍛件厚度22mm，所以預鍛件側面的厚度尺寸設計為30mm（圖6），這樣可以有效的避免成形過程出毛刺；鍛件扇形部位兩側的尖角位置最難充滿，為了使金屬可以向尖角位置流動，在預鍛件扇形邊緣設計了7mm阻力墻（圖6），通過使用Forge軟件模擬并優化設計，最終確定了預鍛熱鍛件形狀（圖7）。

圖6 預鍛鍛件圖(閉式)

圖7 預鍛件三維模型(閉式)

鐓粗工序為自由鐓粗，設計要點是鐓粗后坯料桿部可以放到預鍛下模型腔中，最終鐓粗尺寸為120mm；鍛造過程設計在2500t鍛壓機上，采用簡單模沖孔工藝，設計到400t沖床上，下料規格φ80mm×157mm，材料利用率90%，封料處高度尺寸設計為15mm，單邊間隙設計為0.5mm（圖8），此結構中上下模壓圈均采用螺栓緊固，便于模具拆裝，節省裝配時間，更換其他品種突緣時只需要更換上、下模，模具成本降低25%。

圖8 終鍛模具總裝圖（閉式）

閉式鍛造模擬分析

通過使用Forge軟件模擬，坯料鐓粗到120mm后可以擺放在預鍛下模型腔中；預鍛完成時預鍛件厚度尺寸24mm，預鍛件充滿狀態良好且無毛刺（圖9），預鍛打擊力300噸（圖10），預鍛件模擬無折疊等缺陷。

圖9 預鍛充滿示意圖

圖10 預鍛打擊力

終鍛完成時熱鍛件厚度尺寸20mm，鍛件充滿狀態良好且無毛刺（圖11），終鍛打力1740噸（圖12），終鍛件模擬無折疊等缺陷。

圖11 終鍛件充滿示意圖

圖12 終鍛打擊力

效果驗證

在實際生產過程中，符合模擬過程，工藝狀態穩定，廢品率僅0.5%，模具壽命可以達1萬件，節省了切邊工序，工作效率高，目前已批量供貨。

結束語

本文重點介紹了非回轉體類突緣的閉式鍛造工藝研究，在諸多設計方面增加了新的理念，并得到了實際應用。希望此文能夠給鍛造行業的同仁帶來不同的設計思路，共同進步。此鍛造工藝我公司將廣泛應用于后續開發的新突緣鍛件產品中，相關設計、文件、工藝、流程逐漸形成標準化。