温锻与冷锻之基本（连载十三）

文/ 张清林·江苏中兴西田数控科技有限公司 小松勇·日本小松技术士事务所，江苏中兴西田数控科技有限公司

温锻与冷锻之基本（连载十三）

文/ 张清林·江苏中兴西田数控科技有限公司 小松勇·日本小松技术士事务所，江苏中兴西田数控科技有限公司

转向接头用Y形支架闭塞锻造模具的闭塞机构

在上一期连载中我们简单地介绍了转向接头用Y形支架水平状态成形的闭塞锻造模具，它的主要特点是：

⑴无论Y形支架是否有螺栓孔等突起部位都可以从上下分割的模具中取出。

⑵Y形部分的成形冲头和轴下部孔成形的冲头都是通过滑块的运动对锥板进行加压，在上期连载所讲述的模具断面图中只有锥板加压的动作，但实际上还需要有使各个冲头返回的机构。

⑶模具的闭塞是由油缸进行的。

与上期连载所讲述的模具断面图相比，下面图1所示的模具断面图增加了闭塞用的油压机构，由此组成了Y形支架闭塞锻造的专用模具。接下来我们便利用这个图对Y形支架的闭塞锻造过程作个比较详细的说明。

图1 Y形支架闭塞锻造完成时的模具断面图

图中的闭塞力F并不是压机的加压负荷，这个力要大于成形过程中成形品对模具闭塞的抵抗力(加工内压），目的是要使上下模具的接触面之间不产生间隙。加工内压来自水平方向Y形部分成形和轴下部开孔时形状变化对模具造成的压力。随着冲头的行进，Y字形的形状逐渐成形，轴向的断面积随之变小，同样轴下部的孔也逐渐形成。轴向的断面减少率越大，加工内压越高，促使模具张开的力就越大。如果是在温锻的温度范围内加工，当断面减少率达到50%左右时，材料的变形应力正好是其拉伸强度的2～4倍，这也就是说，要按照这样的变形应力来计算确定其断面减少率。Y形支架闭塞锻造时所需要的最低限度的闭塞力F等于加工内压和Y形支架投影面积(图2）的乘积。

图2 Y形支架的投影面积

众所周知，在温锻加工中温度的变化特别是温度的下降速度很快时，材料的变形应力很容易变高。只靠最低限度的模具闭塞力模具很容易被打开，况且还存在有其他的因素，如圆棒直径或切断长度等微小的差异都会使坯料的体积发生变化，当体积大于模具内腔的容积时就会使成形负荷上升。当圆棒坯料的直径比闭塞模具的尺寸稍大时(即使是只大一点点），首先需要把圆棒挤压后才能使模具关闭，如果把油缸的闭塞力设定在最低限度，那模具很容易就会被打开，因此一般都会把闭塞力设定为变形应力的1.2～1.3倍，这样成形品的精度可以有一个很好的保证。由于模具内产生闭塞力的油缸的面积不能随意增减，所以经常把产生油压的油泵的输出力的70%设定为闭塞油缸的使用压力上限，给油压系统留出富余。一般油压系统的最大压力系列为7MPa、14MPa、21MPa、35MPa，其闭塞油缸都比较紧凑。

但是，在模具内装有闭塞油缸的情况下，上模的油管要与滑块一起进行上下运动，因此油管的材料不能使用钢管，要使用可以承受高压的橡胶管，橡胶管的弯曲直径要大，不仅如此，在橡胶管的外面还要加装一些钢丝网类的东西，以防止油管被擦伤等。而且为了作业人员的安全，还应该在钢丝网的外面覆盖2mm厚的透明塑胶管，理由有以下几个：当油管发生损伤时，可以通过透明的塑胶管及时发现情况；万一油管产生小洞或破裂而导致高压油喷出时，塑胶管可以阻断高压油对操作人员的伤害，也可以防止喷出的油与高温坯料接触后而发生火灾；另外还可以防止油管被污浊。

闭塞锻造压机闭塞装置的设置

设置在模具内

此种设置方式的特点如下：

⑴将油缸设置在模具内的方法可以针对每一件成形品进行设计制作，可以说是专用的模具，对每一件成形品来说都是最合适也是最容易的方法。

⑵由于油缸被组装到了模具上，所以在模具调整完毕时闭塞装置的调整也就完成了。

⑶每一次换模后不需要进行微调即可使用，只要进行油管的解脱和连接即可。

⑷由于油缸是装在模具里面的，所以模具的整体费用增加了。

⑸由于油缸是装在模具里面的，所以模具的整体高度也增加了，加大了对压机闭模高度的要求。一般闭模高度大的压机能力也大，这就增加了压机的成本。

设置在压机上

这种方法是将油缸设置在滑块上或者设置在底座里或工作台里，通过缓冲销或压力销间接地对模具起到闭塞的作用。

此种设置方式的特点如下：

⑴由于油缸没有装在模具内，故使得模具重量减轻了，高度降低了，费用也减少了。

⑵不需要压机有较高的闭模高度。

⑶如果压机缓冲销的位置已经固定，那么对某一件成形品来说就不一定每一个销子的位置都是非常合适的，因此压机缓冲装置的缓冲销必须是能够自由拔出、插入的形式，闭塞装置使用的缓冲销的位置一定要能够根据成形件的形状和大小进行变换。在进行模具设计时，要对缓冲销的位置进行调查和调整来满足生产的需要。在保证模具刚性的基础上要充分考虑到前后左右闭塞力的平衡，最大限度地设定缓冲销的位置和数量。与拉深加工时使用的缓冲销不同，模具闭塞装置使用的缓冲销的长度必须用同样的办法来管理其基本长度。另外，闭塞力非常大，对承受闭塞用缓冲销力的油压活塞的受压面的损伤非常剧烈，这会使成形件的平坦度受到不同程度的负面影响，因此，即使不用交换油压活塞，为了维持成形件的平坦度，最好还是使用能拆卸并经过热处理的上压板。即便缓冲销的尺寸只有0.01mm的误差，也会加大闭塞力而使缓冲销发生弹性变形导致长度缩短，所以要定期地交换合乎模具尺寸的销，或者定期地对销进行机加工和长度的微调，精确地管理好销的长度，维持好销的尺寸精度。

旋转斜齿轮的闭塞锻造

在汽车零部件中，无论是驱动部分还是其他部分都有很多适合闭塞锻造和温锻的部品，如图3所示的汽车变速器上的旋转斜齿轮便是其中的一种。

图3 汽车变速器上的旋转斜齿轮

图3 中齿轮的齿长方向不是与旋转轴平行的，大约有20°的倾斜角，这种齿轮叫作旋转斜齿轮。旋转斜齿轮尺寸小、回转力大、噪声小。旋转斜齿轮既有图3所示这样分度圆直径不到30mm的，也有分度圆直径在100mm以上的，当然齿形的尺寸也会相应增大。

旋转斜齿轮要求有很好的耐久性，有时候要对其实施淬火处理或使用特殊钢的坯料，因此对这样的钢材实施冷锻时的成形负荷是一般的冷锻压机难以承受的。现在一般采取的方法是对小齿轮的成形使用冷锻，对大齿轮的成形使用温锻。

对齿轮类零件实施锻造成形时要注意，材料在模具中流动时，越接近狭窄处(齿形的最前端），对材料流动的抵抗力越大，控制不好的话便会发生齿形上缺肉的现象。

下面对旋转斜齿轮的闭塞锻造过程做一个简要的说明，坯料是管状的，如图4所示，模具如图5所示。

图4 旋转斜齿轮的坯料

⑴放入坯料，模具闭塞，插入芯棒。

当坯料被送入模具后通过主要加压机构油缸使模具闭塞，再使用另外的加压机构把一个有直径差(大直径和小直径两段）的芯棒的大直径部分压入到坯料里。

⑵压机滑块加压，模具下降，芯棒保持在原有位置。

模具在油缸的作用下下降，芯棒的位置保持不变，坯料受到下部冲头的支撑保持在原有位置也不下降。随着上模的下降，向坯料施加的压力使坯料被压进齿形部分的空间里。这时台阶式芯棒的大直径形成旋转齿轮的内径孔，内径孔和芯棒的小直径之间会产生空隙，这个空隙对因内压引起的坯料的流动起到了很好的作用。向模具齿部流动的材料不仅向齿牙前端流动，还要向齿筋部流动，必须要保证模具的齿形部不能缺肉，成形出正确的齿形。这种工艺的最大特征就是利用有直径差的芯棒，在加压中使坯料与芯棒之间形成空隙，这个空隙可以使成形内压降低，内压的降低就可以使模具的弹性变形减少，为齿形的高精度做出贡献。

⑶模具继续下降，芯棒上升。

模具继续下降，坯料继续被压缩，这时开始提起芯棒，材料向坯料的齿部开始流入，滑块到达下死点时齿轮的齿牙成形完成。

在实际生产中，模具的加压机构、芯棒的动作机构是采用伺服方法来进行控制的。

以上是对温锻闭塞成形的说明，下面讲一下温锻成形使用的压机。

图5 旋转斜齿轮的闭塞锻造模具和动作

温锻用压机

温锻的特点

温锻与20℃常温下的锻造(也叫冷锻）有很多的不同之处，它是在800℃(至少600℃）～1000℃之间进行的，没有热锻那样的高温，也不需要像热锻那样的专门的热锻压机，用热锻压机来进行温锻在成本上是很浪费的。温锻的温度比热锻低，变形抗力要比热锻时高，这就要求模具要同时承受较高的热应力和变形抗力。相比超过1000℃的热锻来说虽然负担会小一点，但是也要尽量减少高温材料在模具里的时间，因此使用的压机一般都可以在较高的行程速度下运转。虽然较高的行程速度会带来一定的冲击载荷，但为了减少热量带来的负担，只能在成形的精度上做出一点牺牲了。

热锻后还需要有一道整形工序，但是对于像连杆一类的有一定厚度、在形状上和轴径的精度上要求不高的部品，一般就不再进行整形加工了。

现在，温锻成形的部品大多数是坯料重量在1kg以下的汽车驱动部品和动力传动部品，虽然可以像热锻加工一样在锻造成形后设定一个整形的工序，但是由于部品的精度要求不是很高，所以一般在温锻成形时就要使其达到精度要求，因此在使用温锻成形方法时要在氧化皮发生量的控制、后续加工时的温度保持等问题上始终要有保持精度的意识。

温锻压机的特点

由于温锻压机是用来加工等速接头等驱动系统部件的，所以它不同于以板材为坯料的锻造加工，这是温锻压机最大的特征。

⑴公称能力一般在2500～40000kN之间。

⑵由于成形过程中温锻压机要在变形抗力很大的状态下工作，所以尽管这个抵抗力没有冷锻成形时高，但是也需要有较高且不亚于冷锻压机的公称能力发生位置。冷锻压机的公称能力发生点根据公称能力的大小有所不同，一般在下死点以上10～25mm，肘杆式冷锻压机的公称能力发生点在下死点以上5～8mm。

⑶一般温锻压机的行程长度在200～300mm，当加工较长的部品(轴类件）时则需要较长行程的温锻压机。

⑷温锻压机可能达到的作业能量为压机的公称能力和公称能力发生点的乘积，它是温锻压机最基本的规格特征。该项指标会因温锻压机用途不同、机种不同、生产厂家不同等而有不同程度的差异，这是我们在选择温锻压机时必须要首先确定的重要指标。