等溫鍛造工藝的案例
飛機翼身接頭模具設計及等溫鍛造工藝模擬
來源：互聯網 作者：黃湘龍 易幼平
關鍵字：有限元 QForm 等溫鍛造 仿真模擬
本文在QForm 2D/3D仿真平臺上對7085鋁合金翼身接頭進行等溫鍛造過程模擬，對等溫鍛造中流線、應力、應變、最大載荷以及可能產生的折疊進行全方面模擬，提出了相應的等溫鍛造成形方案與工藝參數，為等溫鍛造參數以及鍛造用模具優化設計提供幫助。
輕質高強度鋁合金模鍛件在航天航空領域中應用廣泛，翼身接頭作為連接飛機機翼與機身的重要承力部件，要求必須具有優良的綜合力學性能。傳統的通過焊接工藝加工航空接頭，抗疲勞能力較差；而采用自由鍛或機加工方法會浪費大量材料。等溫模具鍛造技術具有尺寸精確、材料利用率高、鍛造所需液壓機噸位小以及組織均勻等優點。等溫鍛造由于鍛件與模具溫度相同，消除了溫鍛工藝冷模效應，大幅度降低了材料變形抗力，非常適合復雜型面模鍛件的精密成形，受到了國內外學者的普遍關注。同時，等溫鍛造對模具強度和鍛件設計提出了很高的要求，要獲得充填完好的航空接頭鍛件并不容易，其工藝制訂常規做法是采用多次工業試驗方法，調試確定鍛造工序與模具，這個導致了制造成本與生產周期的增加。
隨著計算機和CAE技術發展，數值模擬方法已成為求解復雜成形問題的強有力工具。QForm由俄羅斯Quantor公司專家基于有限元計算方法開發而成，專門用于解決鍛造問題，適合于模擬冷鍛、溫鍛和熱鍛等工藝。同時，QForm也可以模擬粉末鍛造和鐓鍛，適應設備有機械壓力機、鍛錘、螺旋壓力機、液壓機和多錘頭壓機。QForm優點在于不需人工控制網格生成、步距和其他數值模擬特定參數，結果準確度與用戶對有限元技術熟練程度無關。
展開 鋁合金分流器等溫鍛造工藝設計
本文通過分析鋁合金模鍛工藝特點、模鍛過程中易產生的缺陷以及應該注意的問題，結合開式模鍛成形理論和分流器零件圖的要求，對鋁合金分流器鍛造工藝進行具體分析，制定了合理的鋁合金分流器等溫鍛造成形工藝，確定了制坯工步及模鍛設備，同時指出了鍛造過程中應該注意的問題及相關的預防措施。
前言
鋁合金是常見的輕質金屬材料，廣泛應用于汽車、船舶、電子以及航天航空等領域。隨著輕量化的需要，鋁合金零件的需求量不斷增大。在所有的鋁合金零件成形工藝中，壓鑄是生產速度最快，成形件質量較高的一種鑄造方法。它是將液態鋁合金或半液態鋁合金在高壓下快速充填金屬型的型腔，在高壓下快速凝固而獲得鑄件的方法。
一種汽車高壓油泵用鋁合金分流器（如圖1），由于其形狀較為復雜，厚度較厚，在壓鑄過程中液態金屬與模具表面發生接觸的部分冷卻速度快于液體金屬內部，凝固結束后鑄件內容易形成縮孔或縮松缺陷。此外，由于金屬液在澆注時過熱度較大，在充型過程中有嚴重的卷氣和氧化現象，使得鑄件中氣孔和夾雜較多。這些縮松縮孔、氣孔以及夾雜的存在，造成鋁合金分流器廢品率很高，材料和能源浪費嚴重，產品的使用性能也存在巨大的風險。
圖1 鑄件示意圖
與鑄造工藝相比，鍛造工藝成形則可有效的避免這類缺陷的產生。但是由于鍛造工藝與鑄造成形工藝不同的特點，對零件形狀也必須做相應修改。只有設計符合鍛造成形工藝要求的鍛件圖，合理的鍛模結構及選擇正確的模鍛工步，才能鍛造生產出更好質量和更高成品率的產品。
鋁合金分流器鍛造工藝分析
鍛件圖設計
以鑄件圖結構形狀及尺寸為參考，鋁合金分流器鍛件上必須將直徑較小的6個通孔及1個盲孔填平，中間直徑較大的通孔設計成盲孔。
展開 初始晶粒均勻性對GH720Li 合金等溫鍛造組織演變的影響規律
等溫鍛造成形具有提高材料可鍛性、降低鍛件成形載荷、提高材料利用率和鍛件冶金質量均勻性等優點，是目前航空發動機渦輪盤的主要成形工藝。根據棒材初始晶粒組織的不均勻特點，分別針對初始均勻細晶組織和初始粗晶組織在不同鍛造溫度和鍛造速度條件下的組織演變規律進行了分析。
渦輪盤是航空發動機的關鍵熱端部件之一，其組織性能要求極高。GH720Li 合金是650 ～750℃長期使用的高性能渦輪盤材料，其鍛件晶粒組織要求均勻細小，以滿足渦輪盤性能要求。鍛件最終晶粒組織主要由棒材初始晶粒組織狀態、鍛前加熱以及等溫鍛造工藝參數三個因素共同決定。目前針對GH720Li 合金棒材初始晶粒組織狀態的研究相對較少，而鑒于初始晶粒組織對晶粒組織控制的重要影響，急需開展相關研究。
GH720Li 合金棒材初始晶粒組織狀態中，不同級別晶粒度和不均勻的晶粒組織狀態對等溫鍛造過程晶粒組織控制的影響很大。國內外已經開展了不同級別晶粒度條件下組織演變行為研究，而棒材初始晶粒組織均勻性對后續等溫鍛造的影響還未見詳細報道。本文以棒材不均勻的初始晶粒組織為研究對象，開展不同等溫鍛造溫度和鍛造速度條件下的組織演變規律研究，為控制棒材初始組織狀態和鍛件產品組織性能提供依據。
試驗材料及方法
本文所用GH720Li 合金棒材是真空感應+真空自耗雙聯工藝冶煉的鑄錠，經均勻化擴散退火和開坯工藝后獲得，其化學成分見表1。圖1 為GH720Li 合金棒材等溫鍛造試驗用試樣取樣圖。合金棒材直徑為φ125mm，其心部為粗晶組織(圖1 紅色區域以內)，心部以外為均勻細晶組織。從合金棒材上切取φ44mm×100mm 的等溫鍛造用試樣。
展開 TiAl4822 合金鍛造工藝參數的研究
本研究選取TiAl4822 合金進行鍛造工藝參數研究，通過TiAl4822 合金不同鍛造工藝參數的試驗和鍛造試塊性能分析，摸索適宜的鍛造溫度、應變速率、變形量等鍛造工藝參數，確保TiAl4822 合金在工藝窗口范圍內良好的鍛造可加工性。
試驗方法、材料以及設備
試驗設備
TiAl4822合金等溫鍛造工藝試制采用2000t等溫鍛造裝置，該裝置可保證鍛造過程溫度及變形速度，滿足此次試驗的需求。
試驗材料
試驗材料采用中科院金屬所制造的φ260mm 鑄錠。鑄錠的室溫抗拉強度為381MPa，700℃抗拉強度為311MPa，850℃抗拉強度為397.5MPa，室溫延伸率為1.06%，700℃延伸率為5.6%，850℃延伸率為0.7%。
試驗方法
通過TiAl 合金(TiAl4822)不同鍛造參數下的等溫鍛造工藝試驗，分析鍛造溫度、變形速率、變形量和鍛后冷卻方式對鍛造熱加工性的影響；后采用初步確定的工藝參數范圍開展鍛造試驗，并進行試塊力學性能分析，根據分析結果得出一個最優的鍛造工藝參數。
試驗步驟：鍛造前采用電爐到溫裝爐方式對坯料加熱，加熱時間按厚度乘以保溫系數計算，坯料加熱保溫結束后在2000t 鍛造壓機上進行鍛造，鍛后試塊冷卻至室溫后熱處理，試塊熱處理工藝參數為：1240℃保溫2h 后冷卻。
試驗過程以及結果分析
前期鍛造參數確定
前期試驗目標是初步確定鍛造溫度范圍、應變速率及鍛后冷卻方式。在φ260mm 的棒料上切取25mm×25mm×70mm試料若干，按不同參數進行近等溫鍛造，第1 次試驗參數見表1。
表1 第1 次試驗參數表
圖1 為上述第1 組試驗的鍛造試塊，圖2 為第1組(爐冷)至第4 組試驗的鍛造試塊，圖3 為第5 組至第8 組試驗的鍛造試塊。
展開 
等溫鍛造與超塑鍛造的材料性能
采用等溫鍛造或超塑性鍛造，不僅可以成形許多常規金屬材料，而且可以成形許多常規變形方法不能加工的低塑性、難變形材料，目前已廣泛應用到合金鋼、鈦合金、鋁合金、鎂合金、高溫合金、金屬間化合物、大塊非晶、復合材料以及粉末材料的成形加工方面。等溫鍛造和超塑性鍛造工藝規范的確定以材料流動應力低、塑性高、氧化少為原則，并要兼顧到模具材料的承受能力。材料在等溫狀態下的流動應力受溫度、應變和應變速率的影響，既具有應變強化特性，又具有應變速率強化特性。依材料品種、成形溫度和應變速率不同，上述兩種特性彼此消長，而材料的塑性也同樣受上述因素的影響。合理的成形工藝熱力規范可以保證材料具有較高的塑性和低的變形抗力，有利于成形過程的穩定進行。不同種類的材料其應力應變曲線具有很大的差異，為了合理地確定其等溫鍛造和超塑性鍛造工藝規范，應對不同材料的等溫鍛造和超塑性鍛造成形性能進行具體分析。
如前所述，組織超塑性的前提是材料具有等軸細
晶組織。
獲得該組織的途徑有三種：
工業供貨狀態即
為等軸細晶組織，主要是部分鈦合金（如Ti-6Al-
4V）、雙相不銹鋼（如0Cr21Ni5Ti）；
為獲得超塑性
而特殊開發的材料品種，主要是在超塑性研究早期；
工業牌號材料的細晶化處理。
展開 KD鍛造法鍛造工藝參數模擬研究
表1 展寬系數模擬數據匯總
研究結果驗證
按照模擬試驗結果數據，策劃制訂了實際生產試驗方案，選取φ650mm，按照翻轉角度90°、壓下量20%、展寬系數1.15設計，試驗工藝方案并組織試驗驗證，實際試驗結果與設計方案基本一致，具體試驗數據整理見表2。
表2 展寬系數試驗數據匯總
通過展寬系數模擬結果與現場實際生產測量的對比分析，認為90°旋轉角度順序拔長過程中每趟次展寬系數可平均按照1.15計算。
結束語
綜上，通過對KD鍛造法拔長過程進行計算機仿真模擬研究，制訂了實際生產過程工藝參數設計原則，保證了鍛造工藝參數與現場實際生產操作的一致性，為產品質量的穩定可靠提供了保障。
段永恩，生產部部長，高級工程師，主要從事生產管理、生產工藝運行工作，參與課題項目《Gr5材質冷軋工作輥的研制開發》、《Gr5材質整體鍛鋼支承輥的研制》分別獲得公司科技進步一等獎、三等獎，擁有1項專利。
—— 來源：《鍛造與沖壓》 2019年第11期
展開 輪轂鑄造工藝與鍛造工藝的區別？
其實高端車貴有貴的道理，就拿一個汽車輪轂來說，高端車上的輪轂的制造工藝就和普通的汽車完全不一樣。現在汽車上鋁合金輪轂的制造工藝主要分為鑄造和鍛造兩類，大家了解了這兩者的區別，就明白為什么高端車型會偏愛使用鍛造輪轂了！
輪轂的鑄造工藝
先說鑄造工藝，可能大家都知道目前大部分車型上的鋁合金輪轂采用都是鑄造方式，但是鑄造輪轂還有三種不同的制造工藝，分別是重力鑄造、低壓鑄造和旋壓鑄造。
高端汽車輪轂
重力鑄造非常簡單，將液態的金屬倒進輪轂模具中冷卻成型就可以了，這種鑄造方式效率非常高，成本也最低，但是質量比較差，由于輪轂的各部分分布不是很均勻，而且金屬內部分子的密度比較低，所以輪轂的強度不高，碰撞后很容易出現斷裂的情況。低壓鑄造可以說是在重力鑄造的基礎上進行了一個升級，將液態的金屬倒入模具之后，低壓鑄造工藝會給它施加一個恒定的壓力，這樣的話金屬的分子密度就會更高，輪轂成型之后會有更高的強度，而且低壓鑄造的工藝也非常成熟，所以目前大部分車型上的輪轂采用的都是低壓鑄造工藝。而旋壓鑄造就是將鑄造后的輪轂進行一個二次加工，將輪轂呢一邊加熱一邊進行旋轉沖壓，這樣的話輪轂內的金屬分子就會更加緊密，強度自然也就更高了。
輪轂的鍛造工藝
再來說說鍛造輪轂，鍛造輪轂的制造過程是先將鋁塊進行加熱，到了一定的溫度后用鍛壓機壓成毛坯然后再將毛坯旋壓成型，相當于鑄造輪轂來說強度更高，而且鍛造輪轂使用的是軍事級鋁料，重量也更輕，鍛造輪轂還可以細分為一片式鍛造和多片式鍛造，一片式鍛造的意思是整個輪轂是一體成型的，重量輕可靠性好。
鋁合金輪胎鍛造示意圖
而多片式端到的輪輞和輪輻式分開的，這樣的好處是只更換輪輻就可以有一個新的輪轂樣式，不過相對一片式鍛造來說，多片式鍛造會更重一些，對組裝的要求也比較。
展開 鍛造工藝和熱處理工藝對TC4-DT合金鍛件組織性能影響
鍛造坯料下料長度為φ300mm×(623±3)mm，坯料倒角R15mm。鍛造設備為40MN油壓機，鍛造加熱采用普通的箱式電爐，控溫精度為±10℃，坯料到溫裝爐。為防止變形熱的急劇上升，要求操作的過程中控制鐓粗或整體壓扁的壓下間隔時間、壓下量和采用中等變形速率。
圖1 鍛件尺寸要求
除特別注明外，鐓粗壓下時間間隔為10 ～15s，當鍛造坯料尺寸大于300mm 時，單次壓下量為小于20mm；當鍛造坯料大于200mm 小于300mm 時，單次壓下量小于15mm；當鍛造坯料小于200mm 時，單次壓下量小于10mm。拔長時壓下間隔時間為5 ～10s，拔長過程中不宜出現折疊缺陷，采用逐步送進的方式進行拔長，不允許在同一位置連續壓扁拔長。鐓粗和拔長的過程中可以翻面交替進行，為避免坯料和模具直接接觸和溫降過快，與油壓機接觸的坯料端面必須墊上石棉，如果石棉破碎或被壓成粉末狀應進行更換。鍛造的過程中如果出現裂紋、折疊等缺陷，應排除缺陷后再加熱進行鍛造，鍛造坯料修傷的寬深比大于10，圓滑過渡。本文共研究了3 種鍛造工藝，分別標記為鍛造工藝A、鍛造工藝B 和鍛造工藝C。
鍛造工藝A
⑴鍛造工藝A 的技術參數。
鍛造工藝A 采用兩相區反復鐓拔工藝。溫度達到設定溫度裝入到箱式電阻爐，爐溫均勻性為±10℃，加熱溫度為(Tβ-40)℃，最短保溫時間按0.7min/mm×有效厚度計算，最長保溫時間按小于1.2min/mm×有效厚度計算，趁熱回爐且保溫時間減半。終鍛溫度大于850℃，鍛后置于料架上風冷或趁熱回爐。
⑵鍛造工藝A 的變形工步。
鍛造工藝A 變形工步見表3。
表3 鍛造工藝A 變形工步
鍛造工藝B
⑴鍛造工藝B 的技術參數。
鍛造工藝B 采用鈦合金兩相區鍛造+β 相區鍛造＋兩相區鍛造技術，最終兩相區成形。
展開 Simufact用于鍛造輪轂工藝研究
鋁合金旋壓輪轂具有重量輕,強度高,壽命長,表面光潔,機械加工余量少等優點,而旋壓工藝過程復雜,影響因素多,造成實際旋壓加工中工藝參數和工裝的選擇和調試較為困難。Simufact.forming軟件可以提前判斷旋壓工藝的可行性及合理性（旋壓件的應力應變,厚度尺寸變化,旋壓力變化情況）,為旋壓產品的研制提供重要參考。
圖1 鋁合金輪轂結構
鋁合金輪轂結構如圖1所示，材料為6061鋁合金，直徑為?669mm，高度為278mm。由于鋁合金輪轂尺寸較大，鍛造成形過程復雜，采用一次性鍛造成形通常需要較大的成形力且材料填充不飽滿，需要增加一道預鍛工序。預鍛成形可以有效降低金屬回流和防止起皺，保證零件的成形質量，另外增加預鍛工序可以減少一次性變形程度，有利于降低成形載荷，使金屬填充飽滿，并且可以減少模具零件的損傷，延長模具使用壽命。將直徑為?669mm、高度為52mm的圓形坯料加熱以提高材料塑性，再采用反擠壓的方式將坯料擠成杯狀預鍛件，再將杯狀預鍛件鍛成碗狀終鍛件，然后將該碗形終鍛件作為旋壓坯料與加熱坯料，旋壓成旋壓件，最后將旋壓件機加工、涂裝成成品，具體過程如圖2所示。
圖2 輪轂法蘭盤鍛造工藝
輪轂法蘭盤有限元建模
圖3 預鍛模型
圖4 終鍛模型
simufact軟件中進行處理，采用Ringmesh模式對坯料進行網格劃分。零件材料為6061鋁合金，模具材料為H13鋼，預鍛、終鍛時坯料溫度設置為400℃，模具溫度設置為350℃；摩擦類型采用剪切摩擦，摩擦因數取0.3。首先對預鍛過程進行模擬，再將預鍛件及相關信息導入終鍛過程，作為終鍛過程坯料，進行終鍛模擬，結果如圖5所示。
圖5 終鍛過程等效應變分布
工藝參數優化
采用Simufact，可以進行工藝參數優化研究，比如，模具溫度，胚料溫度，鍛成型時上模下壓速度，摩擦系數等。
展開 鍛造工藝學
呂炎老師的鍛造工藝學，超星文件樓主辛苦了，不錯的資料！
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軸承座鍛造工藝與模具設計
本方介紹了一種薄形鍛件的鍛造工藝及模具設計，解決鍛件產品合格率和材料利用率低等各種技術問題，降低生產制造成本。利用金屬塑性成形仿真軟件D E F O R M -3D，對工藝進行仿真分析，仿真結果有效的驗證了工藝方案。用基于模擬驗證的工藝和設計的模具進行生產試制，軸承座鍛件產品的尺寸及性能完全達到了設計要求。
伴隨著我國城市化的快速發展，許多城市開始建立城市輕軌線路，以緩解出現的交通擁堵現象。國內某公司與加拿大龐巴迪正在合作研究開發速度更快、效率更高的輕軌機車。軸承座（圖1）屬于其中有代表性的鍛件，投影面積大而鍛件大部分厚度非常薄。軸承座在鍛造生產過程中會存在各種技術問題，如頭尾兩端成形困難及切邊變形等。通過常規的鍛造工藝和模具設計很難實現低成本和高合格率的技術要求。本文介紹了一種鍛造成形工藝和模具設計，成功解決了薄形鍛件難成形的鍛造工藝難題。
軸承座的鍛造工藝性分析
我公司承制的某型號軸承座（圖1），鍛件重11.6kg，材質為16MnDR。軸承座為精密模鍛件，尺寸精度要求較高、機械加工余量少，僅在鍛件背弧和內孔安裝軸承部位有2.5mm 機加余量，其他部位均為非加工面。
圖1 鍛件簡圖及三維造型
⑴產品特點。
鍛件投影面大、腹板薄、截面變化大。鍛件的包容體尺寸為437.2mm×248.9mm×60mm，投影面積達到751.20cm2。整個鍛件外形結構酷似“腕龍”，從頭到脊椎再到尾部長達510mm，厚度僅為18mm。“腕龍”的腳和肚子部位厚度從18mm 急劇變化到60mm。頭部和尾巴兩端截面面積從450mm2 變化到化到542mm2，中間最大截面面積11206mm2。
⑵鍛造難點。
在鍛造成形過程中，由于腹部薄，投影面過大，金屬流動過程中冷卻速度過快，導致金屬流動困難，型腔不易充滿，尤其是頭尾兩端距離遠容易出現缺肉現象。
展開 
萬噸級鍛造液壓機工藝體系的建立
這些大型鍛造液壓機的成功建立，說明我國自由鍛造裝備代表了國際先進的裝機水平，提升了我國大型鍛壓裝備的加工能力和機械化水平，為我國核電和火電等行業大型鍛件的生產奠定了基礎。
圖1 萬噸級鍛造液壓機
萬噸級鍛造液壓機工藝體系分析
萬噸級鍛造液壓機具有規模大，技術復雜，涉及到多個學科和專業，操作起來需要各相關系統相配合，這就要求工藝體系必須具有清晰的邏輯結構、科學的工藝流程、各步驟之間的關系明確，這樣才能高效、有條理地管理大型鍛件的鍛造生產。萬噸級鍛造液壓機的建立需要多領域技術為設備的正常運行提供支撐，總的來說，萬噸級鍛造液壓機工藝體系的邏輯結構是工藝支撐和工藝流程這兩部分構成的運行生命體，圖2 是4300mm 軋機支承輥鍛件在萬噸級鍛造液壓機上的工藝體系結構。
圖2 鍛造工藝體系結構
工藝支撐
工藝技術基礎要素包括各類標準、規范、準則、數據、工具及軟件等，萬噸級鍛造液壓機的工藝支撐具體表現為鍛件圖紙設計標準、鋼錠及坯料加熱工藝規范、鍛造變形方法、冷卻及熱處理規范、各個步驟操作的工裝輔具等。這些要素是客觀存在的，必須科學合理地加以使用，并使其創造和產生價值，因此需要將工藝流程加入到工藝體系中去。
工藝流程
在萬噸級鍛造液壓機工藝體系中，工藝流程是工藝技術的體現，大型鍛件進行到哪一個生產環節，就需要相應的工藝支撐對其進行規范，確保萬噸級鍛造液壓機正確、合理地加工出合格的大型鍛件，使得設計與加工過程都有據可依。工藝支撐和工藝流程在萬噸級鍛造液壓機工藝體系的建立中都是不可或缺的。
鍛造工藝體系建立
鍛造工藝體系的建立，是萬噸級鍛造液壓機正常運行及鍛造出合格產品的關鍵所在，圖3 所示為萬噸級鍛造液壓機的鍛造工藝體系設計過程。
展開 鍛造工藝缺陷有哪些？
這種組織，是在兩相共存的情況下鍛造變形時產生的帶狀組織能降低材料的橫向塑性指針，特別是沖擊韌性。在鍛造或零件工作時常易沿鐵素體帶或兩相的交界處開裂。
14.局部充填不足
局部充填不足主要發生在筋肋、凸角、轉角、圓角部位，尺寸不符合圖樣要求。產生的原因可能是：①鍛造溫度低，金屬流動性差；②設備噸位不夠或錘擊力不足；③制坯模設計不合理，坯料體積或截面尺寸不合格；④模膛中堆積氧化皮或焊合變形金屬。
15.欠壓
欠壓指垂直于分模面方向的尺寸普遍增大，產生的原因可能是：①鍛造溫度低。②設備噸位不足，錘擊力不足或錘擊次數不足。
16.錯移
錯移是鍛件沿分模面的上半部相對于下半部產生位移。產生的原因可能是：①滑塊(錘頭)與導軌之間的間隙過大；②鍛模設計不合理，缺少消除錯移力的鎖口或導柱；③模具安裝不良。
17.軸線彎曲
鍛件軸線彎曲，與平面的幾何位置有誤差。產生的原因可能是：①鍛件出模時不注意；②切邊時受力不均；③鍛件冷卻時各部分降溫速度不一；④清理與熱處理不當。
來源：制造工藝前沿
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制造工藝前沿
展開 齒環類鍛件自動化鍛造生產工藝開發
本文以武漢新威奇科技有限公司為客戶實際設計的鍛造自動化生產線為案例，針對中、小型環類鍛件的自動化鍛造工藝開發流程進行介紹，分析了中、小型環類鍛件精密模鍛的鍛造工藝，以及適用于自動化生產的設備選型及模具設計，并驗證了此種工藝的可行性，最終鍛造自動線獲得客戶認可。
鍛件工藝分析及工藝路徑的制定
齒環(中間軸)類鍛件屬于工程機械類鍛件，鍛件材質20CrMnTi，鍛件外圓直徑408mm，內孔直徑250mm，鍛件高50mm，鍛件重量24.2kg。鍛件示意圖如圖1 所示。鍛件復雜系數CV=0.47，CA=45.7，CA 值較大，模鍛時需轉移的金屬量較大，成形時所需要的力和能量都較大，成形具有一定難度。
圖1 齒環類鍛件
目前一些廠家的常規鍛造工藝路線為：下料→加熱→鐓粗→成形→沖孔，沖孔后的連皮質量約7.5kg，材料利用率僅75%。為適應節能減排需求，選用輾環制坯后鍛造工藝，詳細的工藝路線為：下料→加熱→鐓粗→擠孔→沖孔→輾環→鍛造成形，工步圖如圖2 所示，此方案連皮質量約2kg，材料利用率可達到90%，且大大減小了鍛造成形時鍛件的投影面積，從而減小鍛件的終鍛成形力。
圖2 常規鍛造工步圖
齒環類鍛件自動化鍛造工藝的設計流程
采用逆向設計的方式，根據客戶提供的機加工零件圖，來設計鍛件圖，從而設計出制坯圖，并且可根據設計的圖紙及要求來對設備進行選型，然后可根據設備的類型來設計出相應的模架和模具，采用逆向的設計方式來一步步的制定齒環類鍛件自動化的鍛造工藝過程，設計流程圖如圖3 所示。
圖3 設計流程圖
自動化鍛造工藝方案
此鍛件的鍛造線較長，鍛件較重，綜合考慮人員安全、生產節拍及產量的問題，因此采用自動化鍛造線來代替常規的人工操作鍛造線。
展開 LG1050 型中拉桿鍛造新工藝研發
圖1 中拉桿(三孔)組裝示意圖
圖2 LG1050 型中拉桿
工藝制定
LG1050 型中拉桿為“兩頭大，中間細”的長桿類鍛件，截面積分布差異大，兩端頭部的截面積是中間桿部截面積的4 倍，鍛造毛坯重量為29.1kg，材質為20 鋼，鍛造毛坯總長度為1265mm。
當前工藝
目前，我公司采用1t 錘自由鍛的方式進行LG1050 型中拉桿生產，由于中拉桿兩端結構較復雜，鍛造時需用扣頭模、卡模1、卡模2、卡模3、
φ47mm 摔子和
φ45mm 摔子六套模具進行成形，兩端頭的鍛造時間占中拉桿整體鍛造時間的75%以上，單件鍛造時間為5min 左右，生產效率低，勞動強度大。
改進工藝
根據中拉桿的結構特點，制定了模鍛＋自由鍛復合鍛造工藝方案來代替自由鍛造方案，采用6300t 熱模鍛壓力機進行模鍛，利用模鍛將中拉桿兩端頭部鍛造出來，模鍛后，再采用自由鍛造對中間部位進行摔桿拔長，拔長后的最終中拉桿毛坯如圖3 所示。
圖3 LG1050 型中拉桿最終毛坯
鍛造工藝流程：鋸床下料→感應加熱→模鍛→切邊→打磨→感應加熱→自由鍛拔桿→校直→檢查、交出。
工藝設計
LG1050 型中拉桿中間桿部的尺寸為
φ45
+-
2
1mm，為了提高自由鍛摔桿的效率與質量，我們在模鍛毛坯上設計了長度為20mm、直徑為
φ46mm 的近似最終桿部尺寸的過渡段，如圖4 所示，兩端頭尺寸與最終成品尺寸一致。
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