多向模鍛是指在閉式模腔內對坯料施加工藝力，進行多方向聯合擠壓、鍛造成形的一種模鍛方法。采用多向模鍛技術可一次成形帶內空腔、外枝丫或具有凹凸外形的復雜結構鍛件，成形的鍛件形狀復雜、尺寸精確，接近成品零件。閥門是各行業及生產生活中常見的一種基礎性零件，目前在電力、石油化工、核電、航空、國防等領域有廣泛應用，隨著技術的發展這些領域對閥門閥體的制造工藝及質量等級提出了更高的要求，因此多向模鍛成形工藝作為鍛造閥體的最佳工藝方法，越來越受到閥體制造加工企業的重視。三通閥體、帶主法蘭閥體、帶側法蘭閥體是最常見的三種閥體結構形式，本文對其成形工藝過程及應用進行了分析和闡述。

三通閥體鍛件成形工藝

三通閥體鍛件(圖1)的垂直脖孔腔較深且內徑大于水平脖孔腔。該類鍛件采用多向模鍛工藝成形時可直接鍛造出垂直及水平方向的孔腔，一般采用水平分模工藝。鍛件成形過程所需要的合模載荷由合模缸提供，垂直穿孔載荷由垂直缸提供，水平穿孔載荷由水平缸提供，為保證鍛件的整體充填效果，水平穿孔一般采用壓力控制方式。三通閥體鍛件成形用模具結構示意圖如圖2 所示，成形過程對坯料進行鐓擠，重點關注材料流動及分配情況，保證金屬充滿模具型腔。

圖1 三通類閥體鍛件

圖2 三通類閥體鍛件模具結構

三通類閥體鍛件鍛造成形工藝如下：

⑴鍛件成形用坯料加熱到始鍛溫度，該類鍛件主要材質為ASTM、A105、F11、F22 等，一般始鍛溫度不大于1200℃，模具預熱溫度為200℃。鍛造前對模具進行潤滑，上模、垂直沖頭及水平沖頭開模至設定位置，具體如圖3(a)所示。

⑵坯料從分模面處垂直放入下模型腔，如圖3(b)所示。

⑶坯料放入模具型腔后，上模開始下行，對坯料進行鐓粗，運行至與分模面接觸。一般上模采用壓力控制方式，以保證金屬充填型腔及上模不脹模，如圖3(c)所示。

⑷垂直沖頭下行對金屬進行擠壓，擠壓到位后，鍛件垂直孔腔成形結束，如圖3(d)所示。

⑸水平沖頭對向擠壓至金屬完全充滿模具型腔，為保證鍛件的合格率，水平沖頭一般也采用壓力控制方式，如圖3(e)所示。

⑹水平沖頭回程，與鍛件水平孔腔分離，如圖3(f)所示。

⑺垂直沖頭回程，與鍛件垂直孔腔分離，如圖3(g)所示。

⑻上模回程，與鍛件分離，如圖3(h)所示。

⑼下頂出鍛件，將鍛件從模具型腔移出，然后對模具進行冷卻潤滑，此時模具位置如圖3(i)所示。

圖3 三通類閥體鍛件成形過程示意

此類閥體鍛件主要用于核電、火電等領域，具有較高的耐高溫高壓、優秀的耐應力腐蝕能力，根據使用環境和用戶需求，此類鍛件分為不同的通徑或磅級，外觀形狀略有差異，主要產品見圖4。

圖4 三通類閥體鍛件實物

帶主法蘭閥門閥體鍛件成形工藝

帶主法蘭鍛件形狀見圖5，鍛件中體帶有法蘭，鍛件上大下小，該類鍛件必須采用水平分模工藝。垂直分模時，鍛件成形過程所需要的合模載荷由水平缸提供。為降低合模載荷，帶主法蘭閥體鍛件成形用模具可采用復合分模形式，具體模具結構示意圖如圖6所示，左模、右模與液壓機水平缸連接，提供左右載荷，垂直沖頭與中心缸載荷，對坯料進行鐓擠，保證金屬填充滿模具型腔，是否成形水平孔可根據用戶需求，增加輔助穿孔裝置。

圖5 帶主法蘭閥體鍛件

圖6 帶主法蘭閥體鍛件復合分模模具結構

帶主法蘭鍛件鍛造成形工藝如下：

⑴鍛件鍛前準備參考三通閥體，模具初始位置見圖7(a)。

⑵坯料從左模、右模上端孔腔放入模具型腔，見圖7(b)。

⑶坯料放入模具型腔后，垂直沖頭開始向下運行，對坯料進行鐓粗和擠壓，在此過程中水平缸對左模、右模提供壓力，防止左、右模脹模。垂直沖頭應采用壓力控制，垂直沖頭到達設定壓力，金屬填滿模具型腔時，停止向下運行，見圖7(c)。

⑷垂直沖頭回程，與鍛件分離，見圖7(d)。

⑸左模、右模回程，與鍛件分離，見圖7(e)。

⑹下頂出鍛件，將鍛件從模具型腔移出，然后對模具進行冷卻潤滑，此時模具位置見圖7(f)。

圖7 帶主法蘭鍛件成形過程示意

該類帶主法蘭閥體鍛件的垂直孔徑大、帶法蘭，左右水平孔徑較小且對稱，主要用于核電、火電，主要產品見圖8。

圖8 帶主法蘭閥體鍛件實物

帶側法蘭閥門閥體鍛件成形工藝

兩側帶法蘭鍛件形狀見圖9，鍛件主體為四棱臺，兩側帶有較大法蘭，此類鍛件水平脖部分較法蘭盤細、坯料流動阻力大，端部坯料溫降大，容易充填不滿。該類鍛件一般采用水平分模工藝，為使水平法蘭能夠成形飽滿，采用水平沖頭成形法蘭。鍛件成形過程所需要的合模載荷由合模缸提供，垂直孔腔由垂直穿孔缸提供垂直穿孔力，兩側法蘭由水平缸提供成形力，具體模具結構示意圖見圖10。

圖9 兩側帶法蘭鍛件

圖10 兩側帶法蘭鍛件模具結構

兩側帶法蘭鍛件成形過程如下：

(1)鍛件鍛前準備參考三通閥體，模具初始位置見圖11(a)。

(2)坯料從分模面上方橫放入下模型腔，見圖11(b)。

(3)坯料放入模具型腔后，上模快速下行與下模合模，見圖11(c)。

(4)合模后，水平沖頭對向擠壓坯料成形兩側法蘭，見圖11(d)。

(5)水平沖頭到位后保持壓力不變，垂直沖頭下行穿孔，同時使鍛件中間主體填充飽滿，見圖11(e)。

(6)水平沖頭和上模依次回程，頂出塊通過下頂出缸將鍛件頂出下模，將鍛件從模具型腔移出，見圖11(f)。

圖11 兩側帶法蘭鍛件成形過程示意

該類鍛件主要應用于石油化工領域，可消除閥體和法蘭對接焊產生的質量缺陷，閥體的各項機械性能穩定，主要產品見圖12。

圖12 兩側帶法蘭鍛件實物

結束語

近年來，多向模鍛技術和裝備在國內發展迅速，很多企業都在推廣和應用該項技術，行業也開始重視多向模鍛技術的發展，該技術的工業化瓶頸問題正在逐步解決，已具備規模推廣的條件。本文根據我公司多向模鍛設備情況及生產經驗，總結分析了三種成熟的典型閥門閥體多向模鍛成形制造工藝，通過采用不同的成形方式和模具結構形式，配合多向模鍛主機設備，可設計成形制造多種結構復雜鍛件。