文/楊成忠，蔡風岐，王洪興，于世方·一汽巴勒特鍛造（長春）有限公司技術(shù)開發(fā)部

類回轉(zhuǎn)體鍛件精密鍛造工藝研究開發(fā)（上）

文/楊成忠，蔡風岐，王洪興，于世方·一汽巴勒特鍛造（長春）有限公司技術(shù)開發(fā)部

鍛造行業(yè)是一個勞動密集型的、附加值低的產(chǎn)業(yè)，市場競爭非常激烈，利潤也非常微薄，一汽巴勒特鍛造公司處在這樣一個競爭激烈的行業(yè)中，要想生存、發(fā)展、必須靠技術(shù)改進和創(chuàng)新。

精密鍛造—無飛邊鍛造并不是一種新的工藝，世界上鍛造行業(yè)發(fā)達的國家，比如德國、法國、英國、意大利、美國、日本、韓國等已經(jīng)開發(fā)成功。瑞士哈特貝爾公司生產(chǎn)的熱鐓機就是典型的應(yīng)用精密鍛造工藝的范例，還有德國萬家頓生產(chǎn)的多工位熱模鍛壓力機、日本坂村生產(chǎn)的快速鐓鍛機都是利用的精密鍛造工藝。

國內(nèi)很多企業(yè)，通過與外部合作或直接采購設(shè)備引進精密鍛造技術(shù)，已經(jīng)開發(fā)了精密鍛造工藝，如二汽鍛造、陜西法士特和部分合資企業(yè)。

進入21世紀，中國汽車制造業(yè)的飛速發(fā)展，帶動了國內(nèi)鍛造業(yè)的高速發(fā)展。隨著中國的鍛造企業(yè)與國外同行交流機會的增多和深入，國內(nèi)鍛造企業(yè)不僅在熱鍛技術(shù)上有了很大的提高，并且在冷、溫鍛等精鍛方面也有了快速的進步。

一汽鍛造因與外部交流的貧乏，所以技術(shù)進步要緩慢得多。2006年，隨著鍛造公司與印度巴勒特的合資，公司開啟了新的一頁，我們也開闊了視野。2009年，鍛造公司把精密鍛造工藝開發(fā)，作為其技術(shù)革新的起點，要以精密鍛造工藝開發(fā)為契機，實現(xiàn)回歸一流鍛造企業(yè)的目標。根據(jù)公司的設(shè)備特點，獨立自主，利用全體技術(shù)人員的集體智慧，經(jīng)過多次反復研究、多人參加評審、模擬、調(diào)試、改進，最終獲得成功。

詳細技術(shù)內(nèi)容

總述

精密鍛造的定義是，利用側(cè)向擠壓變形，通過驅(qū)動鍛模上模來使坯料流向側(cè)面的模具空間進行鍛造。當坯料在上下模的作用下被壓縮產(chǎn)生塑性流動，縱向塑性流動受阻后，轉(zhuǎn)換方向形成徑向或橫向流動，形成枝狀或凸緣狀。從而充滿整個型腔的過程。

簡單地說，精密鍛造就是無飛邊鍛造，精密模鍛是坯料金屬在模具的封閉模膛內(nèi)成形，無飛邊或出現(xiàn)較小的飛刺，材料利用率和鍛件精度均比普通模鍛件高，材料利用率根據(jù)鍛件形狀一般可以較普通提高10％～25％，其中厚壁齒輪鍛件材料利用率可達95％以上，鍛件精度可達到GB12361-90精密級（普通鍛件精度普通級）。常見回轉(zhuǎn)體鍛件如圖1所示。

一般工藝流程為：鋸床下料→中頻感應(yīng)電加熱→鐓粗→預鍛→終鍛→熱沖孔→車毛刺→熱處理→清理。

圖1 常見回轉(zhuǎn)體鍛件

圖2 精密鍛造一般模具結(jié)構(gòu)圖

圖3 傳統(tǒng)普通工藝模具結(jié)構(gòu)

精密鍛造一般模具結(jié)構(gòu)如圖2所示。

普通鍛造工藝具有飛邊橋和倉部以容納多余鍛造金屬的工藝特點，所以模塊較大，如圖3所示。

而精密工藝沒有橋和倉部，所以模塊采取小型化、標準化，用標準鑲塊座、壓套或壓環(huán)，模具僅為小型的回轉(zhuǎn)體，加工和模具材料成本都大大降低，生產(chǎn)時裝配也很簡單快捷。并且還可以根據(jù)需要和加工能力采取鑲塊式結(jié)構(gòu)，對終鍛上模采取肢解鑲塊式，大大降低了由于模具局部易損造成的模具消耗。

普通鍛造上下模之間并沒有防止錯差的鎖口，精密鍛造工藝的導程封料間隙僅0.2～0.4mm，既起到封料作用，還防止錯差，避免因錯差引起的停工臺時，提高了生產(chǎn)效率。

普通鍛造工藝具備連皮和飛邊的特征，在鍛造后續(xù)過程中需要切邊和沖孔，傳統(tǒng)工藝是采用切邊沖孔復合模，一個品種鍛件一套復合模，每套復合模價格在一萬元以上，見圖4a，而且在生產(chǎn)過程中要求操作者有較高調(diào)整技能，故障發(fā)生點較多，經(jīng)常需要停工更換或修復模具，嚴重影響生產(chǎn)效率。精密鍛造工藝僅采用簡單沖孔模，見圖4b，多品種鍛件共用一套沖孔模體，一臺設(shè)備僅需一套沖孔模體，鍛件換品種僅需更換沖頭、沖孔座，模具的價格在2000元之內(nèi)，且模具停工臺時大大降低。

圖4 不同鍛造采用的不同模具結(jié)構(gòu)

原有普通鍛造工藝的特點：

⑴更換鍛件品種必須整體更換復合模，調(diào)整復雜，常常需要1h左右，且模具結(jié)構(gòu)復雜，設(shè)計及加工成本較高。

⑵鍛件有飛邊，切掉的飛邊只能當作廢料處理，材料利用率低。

⑶鍛件易產(chǎn)生錯差和切邊毛刺，影響機加工。

精密鍛造工藝的特點：

⑴更換鍛件品種時只需更換沖頭、沖頭座，操作簡單，僅需10min，且模具結(jié)構(gòu)簡單，通用性好，設(shè)計及加工成本都很低。

⑵鍛件沒有飛邊，材料利用率高。

⑶杜絕了錯差和切邊毛刺現(xiàn)象。

由此可見，精密鍛造的開發(fā)具有重要意義。

精密下料技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用

普通鍛造對毛坯料是按長度公差控制，《毛坯料長度公差》見表1，該控制帶范圍較寬，普通剪床和帶鋸床下料就能夠滿足工藝要求。而精密鍛造對毛坯料的要求較高，不僅要求下料的端面斜度小，而且有重量公差要求，具體見表2。

■表1 普通鍛造毛坯料長度公差表

■表2 精密鍛造毛坯重量公差

精密模鍛的下料重量必須嚴格控制。如果重量超上差，損傷模具壽命，嚴重時可能導致模具爆碎；如果重量超下差，鍛件充不滿，造成鍛件報廢。因此，下料時須對一根料的首件稱重，過程中嚴格控制下料的端面斜度，并抽檢稱重。

由于精密模鍛需要定位準，因此，坯料端面要盡量沒有斜度，這樣也就夠保證下料長度，最終達到保證毛坯料重量的目的，滿足精密工藝的要求。

現(xiàn)在為了滿足精密工藝對毛坯料的要求，我們采用帶鋸床和全自動金屬圓鋸機下料，能夠很好地滿足精密鍛造的下料精度。

⑴帶鋸床下料。確定下料長度后，手動鎖緊定位機構(gòu)。然后按一下夾緊按鈕，鋸床將會自動將棒料夾緊，準備鋸切。鋸切切口的平面度在鋸條正常使用時能控制在0.5mm之內(nèi)。下料長度公差基本能控制到0.5mm范圍內(nèi)，長度保證了，重量也就保證了。抽檢稱重時能達到100％合格率。完全能夠滿足精密鍛造對毛坯料的工藝要求。

⑵全自動圓鋸機見圖5，采用西門子觸摸屏，變頻無級調(diào)速，具有儀表顯示鋸切速度功能；冷卻系統(tǒng)采用空壓冷卻方式，切屑與切料分離；伺服電機送料，快速定位；工作時只需操作者先輸入下料信息，包括材質(zhì)、規(guī)格和下料長度等，再根據(jù)這些信息選擇鋸片轉(zhuǎn)速、鋸片齒數(shù)、齒切厚、進給率、切削時間和循環(huán)時間。然后鋸床會自動上料，自動按照已輸入的長度切料，鋸切切口的平面度在鋸片正常使用時能控制在0.1mm之內(nèi)，下料長度公差基本能控制在0.2mm范圍內(nèi)。因此，抽檢稱重時能達到100％合格率。完全能夠滿足精密鍛造對毛坯料的工藝要求。

各類精密工藝的開發(fā)

差速器殼類鍛件

前殼-軸間差速器及后殼-軸間差速器鍛件精密工藝的成功開發(fā)解決了此種鍛件實現(xiàn)精密工藝的難題。此類鍛件采用精密鍛造尚無資料介紹！我們結(jié)合平鍛機逐步鐓粗的工藝方法經(jīng)多輪模擬、研究才開發(fā)成功的。

精密工藝生產(chǎn)的前殼-軸間差速器鍛件見圖6。

圖5 全自動圓鋸機（P-100B）

圖6 前殼—軸間差速器精密鍛件

圖7 精密工步

圖8 普通工步

■表3 前殼-軸間差速器普通、精密工藝對比

圖9 后殼-軸間差速器精密鍛件

圖10 扁薄類鍛件工藝比較

如圖7、8所示，與普通工藝相比，采用精密工藝，材料利用率大幅提升，生產(chǎn)節(jié)拍也有較大提高，并且減少一道后序生產(chǎn)，節(jié)省一臺設(shè)備及模具，模具壽命較普通工藝提高100％以上，并且減少一名操作人員，企業(yè)增效盈利的貢獻非常顯著。

后殼-軸間差速器的精密工藝同樣帶來了很高的經(jīng)濟效益。原材料耗重8.7863kg，精密耗重7.49kg，單件節(jié)省材料1.3kg，單件實現(xiàn)凈節(jié)約17.01元，若按年產(chǎn)3.6萬件計算，僅此一件，年凈節(jié)約就可以達到61.24萬元。精密工藝鍛件見圖9。

扁薄類鍛件

傳統(tǒng)扁薄鍛件都是普通鍛造工藝，具有連皮和飛邊的鍛造特征，隨著工藝技術(shù)的革新，扁薄鍛件也可采用精密鍛造工藝來生產(chǎn)，其優(yōu)勢有三方面：

⑴提高材料利用率，提高幅度可達5％～10％。

⑵提高生產(chǎn)效率，班產(chǎn)量由1200件/班提高到2000件/班。

⑶降低鍛造成本，材料規(guī)格減小了，能源消耗由天然氣加熱改為中頻加熱，節(jié)約150元/t。切邊模也由原來的復合模簡化為沖孔模。

扁薄鍛件的難點在于沖孔變形，由于傳統(tǒng)鍛造都是連皮置于中間，如圖10a所示，沖孔過程都是經(jīng)歷光亮帶、剪切帶和撕裂帶。最終都是撕裂開來，鍛件變形嚴重。采用鍛件連皮置于沖孔一側(cè)時，如圖10b所示，撕裂過程較短，避免了沖孔鍛件變形。由于沖孔而導致鍛件變形的問題徹底得到解決。

扁薄鍛件連皮位置的設(shè)計在國內(nèi)尚無介紹，國內(nèi)類似問題同行采用設(shè)計補償方式解決。