閉式鍛造即無飛邊鍛造，一般只在回轉(zhuǎn)體類產(chǎn)品上應(yīng)用，如汽車變速箱齒輪、殼體、法蘭類產(chǎn)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(shí)可以取消切邊工序，降低生產(chǎn)成本，是鍛造生產(chǎn)的理想目標(biāo)。本文主要選取非回轉(zhuǎn)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(chǎn)品推廣。

圖1 產(chǎn)品圖

開式鍛造工藝分析

鍛件圖設(shè)計(jì)

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(shè)計(jì)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(yù)鍛→終鍛→切邊→沖孔→熱處理→表面清理。突緣的開式鍛造為常規(guī)設(shè)計(jì)，此處不做詳細(xì)介紹，鐓粗工序?yàn)樽杂社叴郑叴指叨?30mm；預(yù)鍛熱鍛件圖如圖3所示，設(shè)計(jì)在2500t鍛壓機(jī)上生產(chǎn)，預(yù)鍛飛邊厚度設(shè)計(jì)為4mm，終鍛飛邊厚度設(shè)計(jì)為3mm，采用切邊沖孔聯(lián)合模工藝，下料規(guī)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(shè)計(jì)

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(zhì)量5.55kg。

圖3 預(yù)鍛鍛件圖(開式)

圖4 鍛件圖(閉式)

閉式鍛造模具設(shè)計(jì)與工藝

閉式鍛造工藝最重要的是預(yù)鍛模具的設(shè)計(jì)，預(yù)鍛工步主要起到預(yù)成形和分料作用，按照以往經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，使用Forge軟件模擬發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鍛件充滿時(shí)鍛件兩側(cè)毛刺較高（圖5）。預(yù)鍛模具設(shè)計(jì)的合理，可以保證終鍛件充滿的同時(shí)不產(chǎn)生毛刺，非回轉(zhuǎn)體突緣形狀復(fù)雜，無法按照以往經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，必須對成形過程進(jìn)行分析，科學(xué)合理的設(shè)計(jì)模具，才能實(shí)現(xiàn)閉式鍛造工藝。制定閉式鍛造工藝流程為：加熱→鐓粗→預(yù)鍛→終鍛→沖孔→熱處理→表面清理，這里詳細(xì)介紹預(yù)鍛模具設(shè)計(jì)過程。

圖5 鍛件毛刺示意圖

預(yù)鍛模具設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是使金屬向兩側(cè)扇形部位流動(dòng)，保存足夠的原材料進(jìn)而使終鍛工序充滿同時(shí)不產(chǎn)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(yù)鍛件側(cè)面的厚度尺寸設(shè)計(jì)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(cè)的尖角位置最難充滿，為了使金屬可以向尖角位置流動(dòng)，在預(yù)鍛件扇形邊緣設(shè)計(jì)了7mm阻力墻（圖6），通過使用Forge軟件模擬并優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終確定了預(yù)鍛熱鍛件形狀（圖7）。

圖6 預(yù)鍛鍛件圖(閉式)

圖7 預(yù)鍛件三維模型(閉式)

鐓粗工序?yàn)樽杂社叴郑O(shè)計(jì)要點(diǎn)是鐓粗后坯料桿部可以放到預(yù)鍛下模型腔中，最終鐓粗尺寸為120mm；鍛造過程設(shè)計(jì)在2500t鍛壓機(jī)上，采用簡單模沖孔工藝，設(shè)計(jì)到400t沖床上，下料規(guī)格φ80mm×157mm，材料利用率90%，封料處高度尺寸設(shè)計(jì)為15mm，單邊間隙設(shè)計(jì)為0.5mm（圖8），此結(jié)構(gòu)中上下模壓圈均采用螺栓緊固，便于模具拆裝，節(jié)省裝配時(shí)間，更換其他品種突緣時(shí)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(yù)鍛下模型腔中；預(yù)鍛完成時(shí)預(yù)鍛件厚度尺寸24mm，預(yù)鍛件充滿狀態(tài)良好且無毛刺（圖9），預(yù)鍛打擊力300噸（圖10），預(yù)鍛件模擬無折疊等缺陷。

圖9 預(yù)鍛充滿示意圖

圖10 預(yù)鍛打擊力

終鍛完成時(shí)熱鍛件厚度尺寸20mm，鍛件充滿狀態(tài)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(yàn)證

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，符合模擬過程，工藝狀態(tài)穩(wěn)定，廢品率僅0.5%，模具壽命可以達(dá)1萬件，節(jié)省了切邊工序，工作效率高，目前已批量供貨。

結(jié)束語

本文重點(diǎn)介紹了非回轉(zhuǎn)體類突緣的閉式鍛造工藝研究，在諸多設(shè)計(jì)方面增加了新的理念，并得到了實(shí)際應(yīng)用。希望此文能夠給鍛造行業(yè)的同仁帶來不同的設(shè)計(jì)思路，共同進(jìn)步。此鍛造工藝我公司將廣泛應(yīng)用于后續(xù)開發(fā)的新突緣鍛件產(chǎn)品中，相關(guān)設(shè)計(jì)、文件、工藝、流程逐漸形成標(biāo)準(zhǔn)化。

—— 來源：《鍛造與沖壓》2018年第21期