一種能顯著降低鍛造成形力的工藝方法

文／汪敏，沈鵬，詹探·浙江索特重工科技有限公司

本文研究的主減速齒齒坯鍛件屬于乘用車上的零部件鍛件，材質為20MnCrS5，結構件對零件的強度有較高的要求；鍛件最大外圓直徑φ，內孔直徑，鍛件總高，底部最薄壁厚16.5mm，鍛件質量8.43kg，鍛件示意圖如圖1 所示。此鍛件的復雜系數S=0.49，屬于精密鍛件，對鍛件的表面質量及尺寸公差要求較高，因此，需采用閉式精密鍛造工藝。

圖1 鍛件示意圖

常用的鍛造生產工藝

鍛造工藝路線的制定

此鍛件為回轉體類鍛件，鍛造工藝路線：下料→加熱→鐓粗→預鍛成形→終鍛成形→沖孔，工步圖如圖2 所示。

圖2 鍛造工步圖

鍛造工藝分析

閉式精密鍛造對下料的質量偏差要求較高，一般要求在±10g 以內，以此來保證鍛件的一致性。此種材料的加熱溫度(1180±20)℃。

⑴鐓粗制坯采用常用的平板鐓粗，一者去除氧化皮，二者坯料外圓直徑鐓粗至比預鍛型腔最大外徑稍小1 ～2mm，預鍛靠外徑定位，鐓粗模擬效果如圖3和圖4 所示；鐓粗后坯料尺寸為φ220mm×33mm，采用1/4 模擬方式，鐓粗力約95×4=380t，鐓粗情況良好，未發生不良缺陷。

圖3 模擬初始狀態

圖4 模擬終步圖

⑵預鍛型腔體積大于終鍛，因此預鍛最大外圓處存在大圓角，預鍛模擬效果如圖5 和圖6 所示；最大外圓處(圖6 標記位置)有大圓角，采用1/4 模擬，預鍛力約420×4=1680t，預鍛成形情況良好，未發生折疊等不良缺陷。

圖5 預鍛初始狀態

圖6 預鍛終步圖

⑶終鍛靠預鍛外徑定位，終鍛模擬效果如圖7和圖8 所示，同樣采用1/4 模擬，最大外徑處最后充滿，終鍛力約780×4=3120t，終鍛成形充滿情況良好，也未發生不良缺陷。對于此類圓盤件(直徑φ223mm)的閉式鍛造，按常規的經驗公式計算，終鍛力約2700 ～3100t，與模擬結果基本一致。

圖7 終鍛初始狀態

圖8 終鍛終步圖

⑷最后完成沖孔工步。

這種常用的鍛造生產工藝批量生產的情況雖然良好，但所需噸位較大，而且最大外圓處會存在一邊產生縱向毛刺，另一邊存在圓角的情況。另外，在4000t 熱模鍛壓力機上做四工位時預鍛和終鍛不能同時進行，需隔工位生產，降低了生產效率，而且對下料的精度也有很高的要求，否則生產出的鍛件一致性較差。

能顯著降低鍛造成形力的工藝

工藝分析

此種工藝的工藝路線與前面一致，不同點在于預鍛和終鍛模腔的設計，常用的鍛造工藝對預鍛連皮的厚度設計會大于終鍛連皮，保證材料始終由內向外流動，這種設計的優勢是基本不會產生材料回流的現象，能很好地避免折疊情況的產生，弊端是最大外圓始終是最后充滿的位置，所需的成形力較大。

改進后的工藝終鍛連皮位置的型腔體積大于預鍛，預鍛時提前把材料擠到外徑處，在終鍛時再把材料由外圈擠入至連皮位置，相當于內開式鍛造，終鍛的連皮也充當了飛邊橋和倉的作用，且在設計時把預鍛外徑位置的高度尺寸完全放開，對降低預鍛力也有很大的作用。

鐓粗采用平板鐓粗的方式，改進后的預鍛模擬效果如圖9 和圖10 所示，預鍛力Fy≈300×4=1200t(1/4 模擬)，成形情況良好。

圖9 改進后預鍛初始狀態

圖10 改進后預鍛終步圖

改進后的終鍛模擬效果如圖11 和圖12 所示，可以看出最大外徑處圓角先充滿，然后多余的材料再流向連皮，連皮位置充當了飛邊橋和飛邊倉，連皮位置始終有空型腔(圖12 紅框位置)，終鍛力Fz≈450×4=1800t(1/4 模擬)，成形情況良好。

圖11 改進后終鍛初始狀態

工藝改進后預鍛力和終鍛力都大大減小，預鍛力和終鍛力的合力約3000t，鐓粗和沖孔合力500t 左右，在4000t 熱模鍛壓力機上四工位可同時進行，對生產效率有很大的提升；而且此種工藝近似于開式鍛造，中間連皮部位存在儲存多余料的空間，所以對下料的精度要求不限，可采用快捷的剪切下料方式，也能節約生產成本，提高生產效率。

生產驗證

在4000t 熱模鍛壓力機上進行小批量生產，設備安裝有噸位儀，可單獨測得每次鍛打時的鍛打力，實測數據是壓力機上僅一個工位上有件時的情況下測得，鐓粗時噸位4014kN，預鍛時噸位10137kN，終鍛時噸位20446kN，與模擬結果基本相符。

采用剪床下料，小批量生產的鍛件如圖13 所示，鍛件生產情況良好，且鍛件的一致性也較好。

圖13 小批量生產的鍛件

結束語

本文介紹的能降低鍛造成形力的方法，在實際生產中得到了有效的驗證，為以后生產此類鍛件提供了一個很好的思路，在降低設備噸位及適當放寬下料精度要求的情況下生產優質鍛件，值得推廣應用。