文／張家偉，劉金洪，孫海軍，劉建朝·中冶重工（唐山）有限公司

近年來多向模鍛技術(shù)的發(fā)展解決了三通類、異形類鍛件的成形難題，不僅節(jié)約了能源成本，而且節(jié)約了機(jī)加工的工時和人工成本。目前，常見的多向模鍛重型裝備中，一般通過在普通立式模鍛壓機(jī)上增加水平液壓缸，從而實(shí)現(xiàn)水平方向鐓擠的功能，設(shè)備各支液壓缸之間的工藝動作和成形速度可以自由組合，組合方式達(dá)到上千種。

電站閥門多為規(guī)則的三通式結(jié)構(gòu)，豎直方向有細(xì)深孔與左右水平孔形成的貫通式結(jié)構(gòu)。目前，市場上逐漸出現(xiàn)一種新的多向模鍛成形工藝生產(chǎn)閘閥閥體鍛件，鍛件呈三通式結(jié)構(gòu)，豎直和水平方向均存在細(xì)深盲孔。但是，多向模鍛閘閥閥體鍛件常常在豎直孔邊緣產(chǎn)生較高的縱向飛邊(圖1)，十分影響鍛件的外觀質(zhì)量，甚至?xí)?yán)重影響到?jīng)_頭的使用壽命。

圖1 縱向飛邊鍛件和斷沖頭鍛件

本文為了解決閘閥閥體豎直孔邊緣縱向飛邊的問題，通過DEFORM-3D 模擬軟件進(jìn)行數(shù)值仿真分析以及熱鍛造試驗，并充分驗證了工藝的可行性。

鍛件結(jié)構(gòu)

如圖2 所示，鍛件整體呈三向帶有中間盲孔的三通式結(jié)構(gòu)，鍛件質(zhì)量170kg。

圖2 閘閥閥體鍛件

多向模鍛模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

閘閥閥體鍛件成形模具的裝配體結(jié)構(gòu)主要包含上沖頭、上模具、水平?jīng)_頭和下模具四個部分(圖3)。上模具和下模具通過合模動作完成模具型腔的完整閉合，上沖頭完成鍛件豎直孔的擠壓成形，水平?jīng)_頭完成鍛件水平端的細(xì)孔成形，以及水平端圓角處金屬坯料的反向填充。

圖3 閘閥閥體模具結(jié)構(gòu)

多向模鍛成形工藝比較

原方案

根據(jù)該產(chǎn)品的外形結(jié)構(gòu)，制定多向模鍛的成形工藝方案，工藝流程如下：

模具準(zhǔn)備→放置坯料→上模具合?！蠜_頭擠壓→水平?jīng)_頭擠壓→水平?jīng)_頭退回初始位置→上沖頭退回初始位置→上模具開?！〕鲥懠瓿慑懺?。

采用DEFORM-3D軟件對成形工藝流程進(jìn)行模擬，圖4 選取了成形過程中的幾個關(guān)鍵步驟，仿真與試驗件見圖5。

圖5 原方案的仿真與試驗件

圖4(a)、4(b)是上模具完成了向下的合模動作，圓柱形金屬坯料完成了預(yù)鐓粗，坯料上端面一部分金屬反向流入到上模具上孔腔中；圖4(c)、4(d)是上沖頭向下擠壓坯料的過程，金屬坯料反向擠壓進(jìn)入到上沖頭與上模具的縱向孔隙中，初步形成縱向飛邊的趨勢；圖4(e)、4(f)是水平?jīng)_頭擠壓坯料完成水平孔和水平端面圓角的成形。

圖4 原方案的模擬流程圖

改進(jìn)方案

通過原方案的模擬結(jié)果表明，該方案工藝流程所生產(chǎn)出的鍛件產(chǎn)品，其豎直孔邊緣存在縱向飛邊，影響鍛件外觀質(zhì)量及沖頭使用壽命。經(jīng)過分析得知，原方案的上模具合模過程中有部分金屬進(jìn)入到模具上孔腔中，上沖頭前期向下擠壓過程中，上孔腔中金屬向上反流要比坯料下端金屬向水平孔腔中流動的阻力小，導(dǎo)致前期形成較大的縱向飛邊，最終影響到鍛件的成形質(zhì)量。因此，要控制鍛造前期坯料金屬向上模具孔腔中反流的趨勢，通過采取上沖頭預(yù)鐓擠的方式，分散坯料上端部金屬向下充填型腔，從而使上模具合模過程中無坯料金屬向上模具型腔中反流，據(jù)此制定出一套改進(jìn)方案，工藝流程如下：

模具準(zhǔn)備→放置坯料→上沖頭預(yù)鐓30mm→上模具合模→上沖頭擠壓→水平?jīng)_頭擠壓→水平?jīng)_頭退回初始位置→上沖頭退回初始位置→上模具開?！〕鲥懠瓿慑懺?。

采用DEFORM-3D 模擬成形工藝流程，圖6 中選取了成形過程中的幾個關(guān)鍵步驟，仿真與試驗件如圖7 所示。

圖6 改進(jìn)后的模擬流程圖

圖7 改進(jìn)后的仿真與試驗件

由圖6(b)可以看出，在整根坯料鐓粗之前，上沖頭對坯料上端面進(jìn)行了鐓擠，在坯料上端面形成深度30mm 的凹坑，通過上沖頭向下擠壓的方式將該部分金屬分配到主通道模腔和水平模腔中；圖6(c)、6(d)是上模向下運(yùn)動，最終與下?？亢?，凹坑處的金屬材料未被反向擠進(jìn)上模具型腔的孔隙中；圖6(e)是上沖頭繼續(xù)向下擠壓坯料直至上沖頭達(dá)到最終點(diǎn)為止，上模具的上孔腔中未出現(xiàn)坯料毛刺反流現(xiàn)象；圖6(f)是水平?jīng)_頭相向?qū)D，完成鍛件水平孔及水平端面的成形。

結(jié)束語

由上述兩種成形方案對比分析得知，該類閘閥閥體鍛件的多向模鍛成形過程中，各個模具擠壓順序?qū)ψ罱K鍛件的產(chǎn)品質(zhì)量有著一定的影響。因此在多向模鍛生產(chǎn)過程中，可以通過優(yōu)化模具之間相互運(yùn)動的組合關(guān)系，獲得良好的鍛件產(chǎn)品。