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摘 要：文章分析了影響鍛件發(fā)生折疊缺陷的幾種原因，從鍛造工藝等其它方面提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：鍛件折疊缺陷；產(chǎn)生成因；預(yù)控方法

中圖分類號：TG319 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）32-0103-01

模鍛件有不少封閉的斷面，兩肋間距離短，肋較薄，兩肋間距和腹板間厚度大，并且不少部位表面是非加工成的。因?yàn)槟ｅ懠弑『芏?，在生產(chǎn)中經(jīng)常在薄肋和腹板相交處、肋和緣條連接處產(chǎn)生折疊問題。模鍛件上折疊破壞其連續(xù)性，由于它使斷面部分變?nèi)?，或在使用時(shí)出現(xiàn)應(yīng)力集中而發(fā)生疲勞裂紋，很大程度上減小鍛件承載能力，而肋一般都用來給予剛性或?yàn)閯e的零件提供安裝或者鏈接面，所以要防止折疊缺陷。

1 鋁合金模鍛件折疊缺陷部位和原因分析

1.1 模鍛件折疊部位

由鍛件結(jié)構(gòu)與外形能夠看出，在生產(chǎn)中折疊大多發(fā)生在鍛件腹板和筋、筋和緣條部位。

1.2 折疊缺陷的原因

①毛料設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)不合理，造成金屬分配存在差異性。鍛件工藝選擇直徑是180 mm×420 mm長棒材，按照二次多方段進(jìn)行打方，直到120 mm×180 mm×480 mm，然后對其中間局部進(jìn)行拔長，再在50水壓機(jī)上終壓成型。由其外形可知，其上下筋對稱，雖然毛料外形與鍛件外形接近，如圖1所示。但是通過圖1可知鍛件毛料上部與底部金屬不均勻，底部金屬分布較大，高度不夠，鍛件是上下對稱的，在模壓時(shí)，上部筋充滿著型腔，下部金屬沒有充滿，隨著變形在型腔中圓角上部就產(chǎn)生一個空穴，最終在此處金屬與下部匯合充填，產(chǎn)生折疊。

②從腹板和筋連接部位圓角半徑分析，由于該圓角半徑小，在模鍛中，兩筋充滿后，上下模不斷靠攏，表面金屬順著阻力較小方向穿過，流進(jìn)毛邊槽，并帶動表面金屬外流，使筋與腹板疊在一起，產(chǎn)生折疊。

③從金屬流向考慮模壓時(shí)，金屬填充型腔中，不是貼著圓角壁流入，離開圓角，使金屬先和相對側(cè)壁接觸，再與底部接觸，向圓角處出現(xiàn)金屬倒流，這使正流與倒流金屬表面發(fā)生重合，進(jìn)而形成折疊。

④上一次模壓完時(shí)修傷沒有徹底，沒有快速把折疊修干凈而使其進(jìn)入下一次模壓，使鍛件內(nèi)部與外部都有折疊。

1.3 解決折疊缺陷方法

①把鍛件毛料改成選擇直徑是170 mm×280 mm長棒材，在拔長模上進(jìn)行拔長，拔成頭端是直徑（170×80+10）mm，尾部壓扁到70+5 mm厚。選擇新改進(jìn)毛料來模壓，可看到其上下金屬均勻，在模壓過程中金屬變形比較均勻，在棒子拔長部位圓角將圓滑過渡，在模壓時(shí)使和分模垂直方向上流動阻力較小，不能在型腔中圓角上部產(chǎn)生空穴，讓金屬均勻充滿型腔。②增加筋和腹板上圓角與模具上凸圓角半徑，使金屬模壓時(shí)均勻充滿型腔，流動阻力減小，多余金屬將沿模腔外形流入毛邊槽。③經(jīng)過改進(jìn)工藝的鍛件表面不存在折疊，流線沿著鍛件分布，符合圖紙和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

2 軸類鍛件的折疊缺陷

在鍛件中，有較大部分是軸類鍛件，其成形模具是摔模，由上下兩部分構(gòu)成，鍛造中鍛件繞著軸線旋轉(zhuǎn)，沒有飛邊，例如卡摔模和調(diào)直摔模。摔模成形特點(diǎn)是通過模具側(cè)面壓力來制約金屬橫向流動，使金屬順著軸線延長，和自由鍛成形比起來，拔長率提高到20%～40%。同時(shí)，內(nèi)拔長時(shí)應(yīng)力情況也能防止內(nèi)部出現(xiàn)縱向裂紋。在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，臺階軸鍛件使用一般摔模鍛造時(shí)，往往在臺階部位發(fā)生折疊缺陷。

2.1 折疊缺陷問題

下面是半軸鍛件工藝，以此說明利用成形臺階軸過程中出現(xiàn)缺陷，和模具改進(jìn)后的解決。半軸成形步驟是：①壓肩直徑是130 mm；②拔長兩端到直徑130 mm，自由鍛成形；③一端壓肩直徑118 mm；④拔長一端到直徑115 mm，自由鍛成形；⑤壓肩直徑108 mm；⑥拔長另一端到直徑105 mm，自由鍛成形；⑦修整和調(diào)直成形，調(diào)直摔模。利用摔模時(shí)，在步驟①、③、⑤、⑦，都容易發(fā)生折疊缺陷，尤以調(diào)直摔模這一步最為嚴(yán)重。

2.2 問題分析

現(xiàn)在以調(diào)直摔模這一步為例，分析缺陷原因和工序改進(jìn)。摔模型腔不同部位產(chǎn)生臺階，其高度結(jié)合直徑差來確定，這就使鍛打過程中臺階不為金屬發(fā)生劇烈變形和流動不暢。上、下模塊在合攏時(shí)，型腔上為避免應(yīng)力出現(xiàn)集中與使流動平滑而設(shè)置圓角在接觸臺階部位產(chǎn)生一個臺階縫隙，進(jìn)一步對金屬流動造成影響。

這樣，在臺階部位除了大多數(shù)金屬按工裝流動產(chǎn)生臺階外，剩下的金屬因?yàn)橹睆阶兓鹆鲃硬粫常幸徊糠至鞯缴?、下模塊的縫隙中，形成像模鍛時(shí)的“飛邊”。在鍛件旋轉(zhuǎn)鍛造時(shí)，這部分剩下的金屬因?yàn)楹穸缺≡阱懺鞎r(shí)被彎曲而貼在鍛件表面，進(jìn)一步鍛打時(shí)會卡在鍛件內(nèi)，形成折疊。所以，普通摔模時(shí)折疊缺陷的原因包括兩個：一個是型腔上因?yàn)橹睆讲煌呐_階；二是型腔的圓角。針對這兩個因素進(jìn)行分析：①型腔的圓角無法取消；②折疊開始出現(xiàn)在模塊交界處，說明接近其接觸部位臺階是造成折疊的主因。

2.3 問題的解決

對工裝進(jìn)行修改，從根源上解決軸類鍛件的折疊問題。在摔模的臺階處，在小直徑型圓弧切向設(shè)置兩條切線和大直徑型圓角相切。這樣部分消除存在于模塊接觸部位臺階，減慢形狀上改變。當(dāng)模塊合攏時(shí)在圓角處產(chǎn)生一個容納剩下金屬的空腔，不是原來的臺階縫隙。鍛打時(shí)剩下金屬分流到這個部位時(shí)，不產(chǎn)生飛邊，而產(chǎn)生一個棱形塊，在鍛件旋轉(zhuǎn)鍛造時(shí)，這部分剩下金屬因?yàn)槭抢庑斡捎谄浜穸群笏圆皇窍葟澢僬郫B，而是經(jīng)過鍛粗和鍛平然后融進(jìn)鍛件內(nèi)部，成為一個整體，不會發(fā)生折疊缺陷。

3 彎曲鍛件的折疊缺陷

彎曲鍛件是常用的結(jié)構(gòu)鍛件，主要有連桿、曲軸和管接頭等，這類鍛件的多數(shù)缺陷是彎角轉(zhuǎn)接部位的折疊，鍛件流線要順著零件方向分布時(shí)，這類折疊被鍛件形狀所制約，特別是彎曲角低于110 ？觷時(shí)，折疊難以避免。

3.1 零件形狀與缺陷位置

鍛件材料為不銹鋼，使用設(shè)備是摩擦壓力機(jī)，工藝是彎曲制坯和開式模鍛和冷校正。缺陷位置與深度有這種特征：位置是彎曲轉(zhuǎn)角和平臺相接處。缺陷打磨以后深度是1～2 mm，經(jīng)過剖開后檢查，確定缺陷性質(zhì)是折疊。

3.2 缺陷產(chǎn)生原因

該缺陷產(chǎn)生主要因?yàn)槟ｅ懗尚蜁r(shí)，已彎曲棒料彎曲端用料少，變形區(qū)處圓臺用料多，所以在模鍛時(shí)，彎曲端材料向著最大用料圓臺處匯集，圓臺處金屬部分填到型腔，部分朝型腔外部流，與彎曲端流動來充型材料匯流，這時(shí)彎曲棒料若有褶皺等問題，會增加材料流動的差異性，因此發(fā)生折疊。

3.3 解決缺陷措施

對缺陷發(fā)生原因，要采取這種措施來解決，彎曲工序是引起折疊關(guān)鍵一步，由實(shí)驗(yàn)可知，在溫度與打擊力度合適時(shí)，該種材料彎曲后，彎曲角超過120 ？觷，彎曲半徑超過8 mm時(shí)，坯料一般不出現(xiàn)褶皺。綜合分析該鍛件放置與用料，把彎曲角由110 ？觷改為115 ？觷，彎曲的內(nèi)半徑由5 mm改成10 mm，從而降低彎曲褶皺發(fā)生可能性，消除褶皺發(fā)展成折疊隱患。還有，彎曲模具設(shè)計(jì)時(shí)，彎曲槽設(shè)計(jì)很重要。棒材彎曲以后，變形區(qū)會出現(xiàn)橢圓狀變形，應(yīng)注意折彎后截面是否發(fā)生凹陷，如果有，要及時(shí)調(diào)整彎曲槽設(shè)計(jì)，加大傾斜角尺寸，從135 ？觷加到150 ？觷。

4 結(jié) 語

通過對鍛件折疊發(fā)生的原因分析，進(jìn)而對鍛件毛料改進(jìn)和模具尺寸更改，使鍛件尺寸良好，鍛件表面和低倍組織都沒有出現(xiàn)折疊，鍛件力學(xué)性能都符合標(biāo)準(zhǔn)要求，其質(zhì)量穩(wěn)定，像臺階軸，工裝改進(jìn)設(shè)計(jì)已經(jīng)在生產(chǎn)中用到全部摔模設(shè)計(jì)，基本解決了臺階軸折疊缺陷問題。彎曲鍛件折疊缺陷，重要的是鍛造工藝與模具設(shè)計(jì)必須合理、恰當(dāng)。

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