浅析非回转体类锻件的闭式锻造工艺

闭式锻造即无飞边锻造，一般只在回转体类产品上应用，如汽车变速箱齿轮、壳体、法兰类产品等。闭式锻造可以大幅提高材料利用率，提高模具寿命，同时可以取消切边工序，降低生产成本，是锻造生产的理想目标。本文主要选取非回转体类突缘（图1）为研究对象，分析其闭式锻造工艺，此工艺可以向同类产品推广。

图1 产品图

开式锻造工艺分析

锻件图设计

开式锻造工艺的锻件图（图2）外圆拔模斜度5°，分模线在外圆中间位置，锻件重量5.63kg。

开式锻造模具设计与工艺

图2 锻件图(开式)

制定开式锻造工艺流程为：加热→镦粗→预锻→终锻→切边→冲孔→热处理→表面清理。突缘的开式锻造为常规设计，此处不做详细介绍，镦粗工序为自由镦粗，镦粗高度130mm；预锻热锻件图如图3所示，设计在2500t锻压机上生产，预锻飞边厚度设计为4mm，终锻飞边厚度设计为3mm，采用切边冲孔联合模工艺，下料规格φ80mm×171mm，材料利用率83%，终锻打击力1878t，模具寿命7000件。

闭式锻造工艺分析

锻件图设计

闭式锻造工艺的锻件图（图4）外圆拔模斜度2°，允许上边缘充不满R≤3mm，毛刺≤1mm，锻件质量5.55kg。

图3 预锻锻件图(开式)

图4 锻件图(闭式)

闭式锻造模具设计与工艺

闭式锻造工艺最重要的是预锻模具的设计，预锻工步主要起到预成形和分料作用，按照以往经验设计，使用Forge软件模拟发现，当锻件充满时锻件两侧毛刺较高（图5）。预锻模具设计的合理，可以保证终锻件充满的同时不产生毛刺，非回转体突缘形状复杂，无法按照以往经验设计，必须对成形过程进行分析，科学合理的设计模具，才能实现闭式锻造工艺。制定闭式锻造工艺流程为：加热→镦粗→预锻→终锻→冲孔→热处理→表面清理，这里详细介绍预锻模具设计过程。

图5 锻件毛刺示意图

预锻模具设计的难点是使金属向两侧扇形部位流动，保存足够的原材料进而使终锻工序充满同时不产生毛刺。在锻造过程中锻件最窄处首先充满，此处锻件厚度22mm，所以预锻件侧面的厚度尺寸设计为30mm（图6），这样可以有效的避免成形过程出毛刺；锻件扇形部位两侧的尖角位置最难充满，为了使金属可以向尖角位置流动，在预锻件扇形边缘设计了7mm阻力墙（图6），通过使用Forge软件模拟并优化设计，最终确定了预锻热锻件形状（图7）。

图6 预锻锻件图(闭式)

图7 预锻件三维模型(闭式)

镦粗工序为自由镦粗，设计要点是镦粗后坯料杆部可以放到预锻下模型腔中，最终镦粗尺寸为120mm；锻造过程设计在2500t锻压机上，采用简单模冲孔工艺，设计到400t冲床上，下料规格φ80mm×157mm，材料利用率90%，封料处高度尺寸设计为15mm，单边间隙设计为0.5mm（图8），此结构中上下模压圈均采用螺栓紧固，便于模具拆装，节省装配时间，更换其他品种突缘时只需要更换上、下模，模具成本降低25%。

图8 终锻模具总装图（闭式）

闭式锻造模拟分析

通过使用Forge软件模拟，坯料镦粗到120mm后可以摆放在预锻下模型腔中；预锻完成时预锻件厚度尺寸24mm，预锻件充满状态良好且无毛刺（图9），预锻打击力300吨（图10），预锻件模拟无折叠等缺陷。

图9 预锻充满示意图

图10 预锻打击力

终锻完成时热锻件厚度尺寸20mm，锻件充满状态良好且无毛刺（图11），终锻打力1740吨（图12），终锻件模拟无折叠等缺陷。

图11 终锻件充满示意图

图12 终锻打击力

效果验证

在实际生产过程中，符合模拟过程，工艺状态稳定，废品率仅0.5%，模具寿命可以达1万件，节省了切边工序，工作效率高，目前已批量供货。

结束语

本文重点介绍了非回转体类突缘的闭式锻造工艺研究，在诸多设计方面增加了新的理念，并得到了实际应用。希望此文能够给锻造行业的同仁带来不同的设计思路，共同进步。此锻造工艺我公司将广泛应用于后续开发的新突缘锻件产品中，相关设计、文件、工艺、流程逐渐形成标准化。

—— 来源：《锻造与冲压》2018年第21期