薄板异形锻件折叠的产生原因及其解决办法

文／赵艳凤，罗华生·柳州金锻方盛工业有限公司

薄板异形锻件折叠的产生原因及其解决办法

文／赵艳凤，罗华生·柳州金锻方盛工业有限公司

赵艳凤，研发课课长，主要从事普通模锻、热模锻及摩擦压力机等设备上的新产品开发及工艺改造工作。

锻件图和工艺参数

如图1所示为叉车左(右)支板锻件，其属于弯曲长轴类锻件并为薄板异形锻件。该零件之前是某公司的进口件，现已转为国内开发生产。

锻件重15.1kg，材质为Q345D，平面度要求小于0.7mm，锻件图如图2所示。

图1 叉车左(右)支板锻件

图2 左(右)支板锻件图

工艺分析

零件分析

锻件外廓包容体重量为71.5kg，按重量计算的话，其锻件复杂系数为S3级，但其薄板面积为24578mm2，相当于φ177mm的圆，薄板部分平均厚度为20.5mm，其厚度和直径比为0.12，小于0.2，因此该锻件复杂系数实际上应该为S4级，即为最复杂类薄板锻件。最薄部位厚度为19mm，最厚部位厚度为90.5mm，轴向和径向截面变化大，金属流动复杂。轴向最大截面(不含飞边)为7401mm2，最小截面(不含飞边)为688mm2，截面变化大容易产生充不满、折叠和变形等品质问题。通过以上分析可知，该产品为复杂的薄板异形锻件。

图3 计算截面图及计算直径图

长轴类零件首先要根据锻件各特征横截面作计算截面图，然后再作计算直径图，如图3所示。

设备选择

选用电液锤进行锻造生产，电液锤吨位根据公式G＝KF×0.001确定。包含飞边及连皮在内的锻件水平投影面积F＝1141cm2，钢种系数K＝4，电液锤吨位G＝4×1141×0.001＝4.564t，故需采用5t电液锤进行锻造生产。

工艺流程

根据以上分析可知，该锻件的轴线是弯曲的，需进行压弯工序，同时由于锻件较复杂，仅终锻一道工序工件充满困难，因此需采用预锻完再终锻的工序。

确定的锻造工艺流程为：下料→制坯→压弯→预锻→终锻→切边→整形→热处理(正火)→喷砂→磁粉探伤→防锈→包装出货。

下料根据计算直径图采用φ100mm的棒料；制坯采用空气锤带型槽拔料；压弯开在预锻模上，进而节约了一台设备，压弯模膛的形状根据终锻模膛在分模面上的外形(水平投影)用作图法制出；预锻和终锻采用3t电液锤和5t电液锤的联合锻造。为防止吨位不足产生模锻打不靠，在预锻时厚度取负差值，飞边厚度的选择也要大一些，目前取的是8mm，终锻不易充满部位在预锻时进行特殊处理，例如加大型腔的圆角半径R，使材料更容易流进模膛。最后的整形工序，其不仅要消除切边变形、保证平面度在0.7mm以内，还需压印产品可追溯标识。

折叠的产生和解决

由于薄板异形锻件金属流动复杂，故极易产生折叠。众所周知，折叠是金属变形过程中已氧化过的表层金属汇合到一起而形成的。在零件上折叠是一种内患，因此技术条件中规定锻件上的折叠是不允许的，有折叠的锻件是废品。

图4 支板锻件折叠示意图

图5 预锻折叠消除

图6 支板锻件

各种锻件尤其是模锻件的折叠形式和位置一般都是有规律的，折叠大致有以下几种：

⑴由两股(或多股)金属对流汇合而成。

⑵有一股金属的急速大量流动将邻近部分的表层金属带着流动，两者汇合而形成。

⑶由于变形金属发生弯曲而形成。

⑷部分金属局部变形，被压入另一部分金属内。

折叠产生的部位及原因分析

在试制过程中锻件出现了如图4所示的折叠。

通过对该产品的分析及工艺模拟发现，其金属的流动为大量金属往φ70.9mm圆柱处流动，部分金属往上面两处加强筋流动(镦挤)，另外还有部分金属侧向流入径向加强筋，在流动过程中易在加强筋交汇处形成空腔，最后锻打封闭形成折叠。

消除折叠的措施

根据形成原因，我们初期采取的对策是增大加强筋型腔的圆角半径R，由原来的R8改为R15，使金属更容易流入型腔，消除预锻空腔。初期改善有一定的效果，样件在生产过程中消除了折叠，但在小批量生产过程中发现其不稳定，通过磁粉探伤发现有较多产品产生了细小的折叠，无法形成稳定批量生产。

如何在现有的模具上进行较小的修改从而达到防止折叠产生的目的呢？根据以上分析可知，折叠是因为多股金属往此处流动时形成空腔而产生的，只有减少金属流动量及速度，并在预锻工序为终锻工序匹配适当的坯料体积，才可使其不产生空腔从而达到消除折叠的目的。为此，我们在预锻工序将径向加强筋的高度局部减小，并增加φ70.9mm圆柱的高度，以使在终锻时径向加强筋有足够的坯料镦挤成形。

采取的措施：将产生空腔折叠的模具里对应的径向加强筋部分局部填焊起来，预锻时折叠消除(图5)，进而消除了终锻产品(图6)折叠的产生，满足了其稳定批量生产的要求。该产品的另外一个难点为产品的平面度要求在0.7mm以下，必须通过整形工序来保证切边后的锻件不变形。

另外，为了增加其批量生产的稳定性及效率，空气锤制坯可在后续采用辊锻制坯进行改善。

结束语

复杂锻件特别是薄板异形锻件在生产过程中极易产生折叠，从而导致锻件报废，故各锻造企业对此均很重视，今将我公司叉车左(右)支板锻件折叠的产生原因以及解决措施和同行交流，以供大家参考。