葛 珺

(西安航空動力控制公司質(zhì)量部，陜西 西安 710077)

0 前言

彎曲類鍛件是常見的結(jié)構(gòu)類鍛件，主要包括連桿、曲軸、管接頭等。這類鍛件常見缺陷為彎角轉(zhuǎn)接處折疊，在鍛件流線被要求為沿零件方向分布的情況下，這類折疊受鍛件形狀所限，尤其當(dāng)彎曲角小于110°時，折疊很難避免。

本文以比較典型的零件為例，探討鍛件解決彎角折疊的通用方法。

1 零件形狀和缺陷位置

示例的零件，材料牌號為不銹鋼，所用設(shè)備為摩擦壓力機(jī)，工藝方法為彎曲制坯加開式模鍛加冷校正。

該鍛件形狀尺寸如圖1。缺陷位置和深度具有以下特征:缺陷位置在彎曲轉(zhuǎn)角與平臺Φ12相接處。缺陷打磨后深度約1～2 mm，經(jīng)冶金剖開后金相檢查，判定缺陷性質(zhì)為折疊。

圖1 鍛件形狀尺寸圖Fig.1 Forging shape size

2 缺陷機(jī)理分析

2.1 鍛造工藝過程

該鍛件工藝過程為:彎曲→打磨→鍛造→切邊→打磨→冷校正。

最初制訂的鍛造工藝，將彎曲角定為110°，彎曲內(nèi)半徑定為5 mm，在彎曲后發(fā)現(xiàn)，棒料的折彎處附近出現(xiàn)多道褶皺，如圖2所示。

將褶皺打磨后，進(jìn)行了鍛造工序，結(jié)果出現(xiàn)了本文開始時描述的折疊情況。

圖2 折彎處出現(xiàn)褶皺Fig.2 Fold occurs near bar bending

此外該鍛件切邊后容易產(chǎn)生變形，最終工序為冷校正。該工序在普通摩擦壓力機(jī)上進(jìn)行。這一工藝過程雖不是造成折疊的主要原因，但冷沖擊卻有可能撕裂毛坯折疊根部，形成延伸性的裂紋，影響毛坯的質(zhì)量。

2.2 缺陷形成原因

結(jié)合對缺陷部位的剖切分析，可以得出:該缺陷的形成主要由于模鍛成型時，已彎曲制坯后棒料的兩彎曲端用料較少，而變形區(qū)部位圓臺用料較多，因此，模鍛時，兩彎曲端的材料同時向截面最大用料Φ12圓臺處匯集，而圓臺處的金屬材料一部分填充型腔，一部分向型腔外流動，和兩彎曲端流動來補(bǔ)充充型的材料發(fā)生匯流，如果此時彎曲棒料的本身帶有褶皺等缺陷，則會加重材料流動的不均勻性，因此產(chǎn)生折疊。

3 消除缺陷措施

針對缺陷產(chǎn)生的原因，我們采取以下措施來消除。

(1)彎曲工序為造成折疊的關(guān)鍵階段。由試驗得出，在溫度和打擊力度適當(dāng)?shù)那闆r下，該牌號的材料彎曲后，當(dāng)彎曲角大于120°，彎曲半徑大于8 mm時，坯料基本不出現(xiàn)褶皺。綜合考慮該鍛件的放置和用料情況，將彎曲角，由110°變?yōu)?115°。彎曲內(nèi)半徑由 5 mm改為 10 mm，從而減少彎曲褶皺產(chǎn)生的可能性，消除褶皺轉(zhuǎn)化為折疊的隱患。

還注意到，在彎曲模具的設(shè)計過程中，彎曲槽的設(shè)計也很重要。棒材彎曲后，變形區(qū)部分會產(chǎn)生橢圓狀變形，應(yīng)注意觀察折彎后的橢圓截面是否出現(xiàn)凹陷 (如圖3，a)，如果出現(xiàn)，應(yīng)及時調(diào)整模具彎曲槽的設(shè)計，加大模具傾斜角尺寸，由135°增加至150°(圖3，b)。

(2)另外，終鍛工序也是產(chǎn)生折疊的重要環(huán)節(jié)。因此，我們在調(diào)整金屬材料分布，保證均勻流動的方面作了以下改變:調(diào)整各處毛邊橋高度。在坯料返流區(qū)局部加大橋部高度 (如圖4)。由原來的1.2 mm增至2.0 mm。使此處多余毛料流出阻力減少，達(dá)到與兩端處余料流動阻力相平衡的效果，從而盡量消除返流，避免坯料返流引起的折疊。

(3)從歷年類似形狀鍛件的生產(chǎn)經(jīng)驗中可觀察到:坯料放置位置與缺陷產(chǎn)生有很大的關(guān)系。類似這種彎曲部分用料多的鍛件，采用圖5(a)位置時，折疊出現(xiàn)幾率較高，采用圖5(b)位置時，折疊出現(xiàn)幾率較低。另外，如果彎曲部分用料較少，則放置位置則恰恰相反，因注意結(jié)合具體零件進(jìn)行調(diào)整。

(4)各工序間，尤其是彎曲后的打磨工序相當(dāng)重要，打磨可以有效消除坯料最初產(chǎn)生的輕微褶皺，防止后續(xù)模鍛工序材料流動的不均勻性，從而減少折疊產(chǎn)生的概率。

(5)模鍛型槽彎曲部分因承擊面積小，承受金屬流動的沖擊載荷較大，此處的模具局部特別容易產(chǎn)生壓塌變形，因此，應(yīng)注意此局部模具型腔的檢查和修理，避免模具因變形而產(chǎn)生倒斜度，從而影響鍛件的充型。

該零件經(jīng)過以上工藝方法的改進(jìn)后，彎角轉(zhuǎn)接處與平臺處的缺陷基本消除，毛坯合格率由48%提高到98%以上，順利的完成了鍛件毛坯的生產(chǎn)交付。

圖5 不同位置時折疊幾率情況Fig.5 Folding probability of different locations

4 結(jié)語

消除彎曲類鍛件的折疊缺陷，不僅在于鍛造工藝方法以及模具設(shè)計的合理和恰當(dāng)，而且鍛造過程的過程控制在整個生產(chǎn)中也很重要，及時打磨最初的淺表褶皺、及時進(jìn)行模具的潤滑維修，都對消除折疊缺陷大有幫助，有時甚至起到?jīng)Q定性的作用。因此，我們不能僅僅依靠工藝模具的改進(jìn)，更要在過程控制方面做好工作。

［1］ 洪慎章，李名堯．鍛造實用數(shù)據(jù)速查手冊 ［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007．

［2］ 姚澤坤．鍛造工藝學(xué)與模具設(shè)計 ［M］．西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社，2007．

［3］ 中國機(jī)械工程學(xué)會塑性工程分會編．鍛壓手冊［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2008．