阻力台在有色金属锻造中的应用

本文从锻造的基础理论出发，研究了模具设计中根据金属流动原理使用阻力台助力有色金属成形的内容，通过对钛合金和铝合金锻件的模具改进，增加阻力台可以有效地减少锻件在成形过程中出现的穿筋和充填困难的问题。

随着材料的发展以及成形技术的不断进步，复杂形状、复杂截面的锻件逐年增多，锻件从原来“肥头大耳”的粗锻件毛坯逐渐向少切削的精锻件发展，对锻造成形的要求愈发严格，如何在兼顾成本的前提下，使锻造过程中的复杂零件更加容易成形也是目前锻造工艺中的主要发展方向之一。本文作者通过使用阻力台的方式，达到了提升有色金属锻件的填充效率，减少锻造过程中的缺陷的目的。

阻力台的原理

在锻造领域，最小阻力定律是指导锻造成形的三大原理之一。如何利用好最小阻力定律来提升模锻件的成形效率一直是锻造的核心关注点，因此，在模锻件成形的不断发展中，研究毛边桥部与仓部成为锻造技术人员提升模锻成形效率的主要手段。

阻力台的原理是在锻模的仓部设置一道“山”，阻挡锻造成形过程中局部位置的毛边流动，起到增加阻力，促进金属成形，减少锻件变形剧烈、金属流动过快而出现的锻造缺陷，是最小阻力定律的工程化应用。

阻力台在钛合金生产中的应用

钛合金是近几十年来发展最迅速的金属材料，具有强度高、重量轻、耐腐蚀等特点，在航空航天领域应用广泛，现在逐渐向兵器、汽车等领域发展，应用前景非常广泛，但是，钛合金具有变形抗力大、金属流动性差等缺点，对于形状复杂的锻件，只能通过复杂的荒形与低的材料利用率来保证成形效果，锻造成本较高，且成形的合格率较低。

在实际生产材料为TC6的轴锻件时，锻件在端头存在两个高点，由于钛合金流动性差的缺点，时常出现高点位置充不满的现象（图1），即便增加模锻前坯料高度，在模锻后多数材料均流向毛边处，导致锻件报废率较高，常规方法采用加大原材料、增加储气孔和增加锻造火次的方式来保证锻件的最终成形。

根据阻力台的使用原理，在难充填的位置增加阻力台（图2），可有效地解决上述的问题，锻件的充填情况良好（图3），同时还可将材料利用率由68%提升至82%，实现了锻件的批量、稳定生产。

上述情况属于阻力台的典型应用，通过增加金属向毛边处流动的阻力，促使金属向模具型腔的深处流动，在型腔填充满以后，阻力增大，多余金属流向毛边处，最终实现锻件的成形。

图1 钛合金轴高点未充满示意图

图2 模具实物

图3 增加阻力台后锻造完成的锻件

阻力台在铝合金生产中的应用

在铝合金锻造过程中，流线的分布情况对性能有很大的影响，穿筋、穿流情况的发生导致锻件流线在分模面的位置一分为二，严重影响锻件的整体性能，易造成锻件的提前失效，尤其是高筋条类的锻件，当筋条的高宽比超过2倍时，在锻造过程中出现穿筋的概率非常高，常见穿流情况如图4所示。

一般通过增加预锻或控制锻造时的变形量控制穿筋情况的发生，这样做一方面增加模具成本，另一方面对锻造操作工人的技能水平要求较高，所以不适用于批量生产。

在实际生产某横梁锻件时（图5），锻件存在宽6mm，高度为29mm的高筋条，生产过程中通过增加阻力台设计，有效地避免了穿筋情况的发生，如图6所示。

上述情况属于阻力台在铝合金锻造中的典型应用，通过增大金属向毛边处的流动阻力，在铝合金锻件成形时，减慢金属向毛边处流动的速度，在筋条充满前避免金属通过中间分模面过快流出，避免穿筋情况的发生。

阻力台应用的注意事项

阻力台是最小阻力定律的灵活应用，从阻力沟的方法演变而来，但是阻力台的应用需要一定的前提条件，具体如下：

⑴阻力台适用于“大设备干小活”的模式，只有在设备能量足够成形的前提下，阻力台才能够发挥作用，在设备能量较小时，成形过程中难以形成毛边，阻力台无法起到有效的作用。

⑵阻力台对坯料的利用率要求较高，材料利用率在78%～82%范围内，阻力台可以发挥较大的作用，但是当材料利用率过低时，容易出现欠压，在阻力台设计时需要同时优化工艺用料。

⑶阻力台是在毛边仓部的应用，是一种简化的设计理念，将复杂的桥部设计简化成为仓部的统一设计，降低了设计的失误率，但是阻力台对于变形量要求过于苛刻的材料效果不明显，对一次成形的锻件效果最佳。

图4 典型穿筋情况示意图

图5 横梁锻件造型

图6 模具增加阻力台以及锻后的低倍图片

结束语

阻力台是解决铝合金穿流、难变形金属充填困难等问题的有效途径之一，可以有效地降低生产成本，提升生产效率。

—— 来源：《锻造与冲压》2018年第23期