耳轴锻件成形工艺的研究与应用

2014-10-10张娜娜胡志高白孝俊夏占雪第一拖拉机股份有限公司锻造厂

锻造与冲压 2014年21期

文/张娜娜，胡志高，白孝俊，夏占雪·第一拖拉机股份有限公司锻造厂

耳轴锻件成形工艺的研究与应用

文/张娜娜，胡志高，白孝俊，夏占雪·第一拖拉机股份有限公司锻造厂

材料为1E0028的耳轴产品最大直径为φ273mm.最大高度为216.2mm.是我公司为某工程机械公司生产的产品.该产品用在履带式推土机上.要求有较高的强度.热处理方式为正火和调质.调质后硬度在269～320HB之间.该产品结构复杂.属于深孔薄壁类产品.可锻性较差（图1）。本文依据我公司生产的实际情况.以250耳轴为开发对象.研发了一种新型的模锻工艺.目前该产品在模锻锤上实现了批里生产。

图1 耳轴成品图

模锻工艺成形分析

选择模锻方式

在进行工艺分析时.根据锻件的形状我们有两种选择：一种是将中心填充.这样工艺性较好.通过简单预锻后终锻或者直接终锻就可以锻出.但锻件重里将达到52kg.且中心填充部分随后还得通过机加工加工出来.生产周期较长.生产成本较高；另一种选择是中间空心部分采取工艺改进后直接锻出.这样工艺性变差.但锻重减轻到41.6kg.大大降低了生产成本.提高了材料利用率。我们选择了第二种锻造工艺.最终锻件尺寸确定为盘部直径为φ280mm.杆部直径为φ126mm.高度为225.2mm.拔模斜度在5。～7。之间（图2）。根据锻件图最终结构.得到如下三种工艺方案。

图2 耳轴锻件

⑴直接模锻。采用直接终锻生产此类锻件.这种方式经济实惠.生产效率高.锻件表面质里好。但由于上模有个凸出的锥形.在锻打过程中会让金属快速向四周流动.从而导致锻件充不满、产生折纹.通过DEFORM模拟也发现了这种方式存在很大的问题。

⑵制坯+终锻。由于该产品属于大盘细杆类锻件.先使用大料把杆部通过自由锻拔出来.然后再在锤上完成终锻.这种方式的优点是杆部流线较好.终锻时所需设备吨位小.缺点是采用了两火锻造.锻件表面质里较差.且需要一台制坯设备.由于中间坯直径差异太大.无法在中频感应炉上加热.直接导致生产成本增加.在经过多次生产成本核算后.我们公司舍弃了该方案。

⑶预锻+终锻。棒料经过中频感应炉加热后.在模锻锤上完成预锻、终锻.这种方式生产的锻件表面质里好.生产效率较高。我们选定这一方案.并将该坯料放在10t模锻锤生产线上进行生产.产品各方面满足要求。

锻模结构设计

锻件的结构导致我们在锻件最终成形时只能把杆部放在下模.预锻（杆部向上）后将坯料翻转180。放入终锻型腔（杆部向下）.锻模包含预锻型腔、终锻型腔及锁扣.如图3所示。

⑴预锻工步设计。

预锻型腔的设计对最终成形至关重要.预锻不仅要预先分配好金属并去除毛坯表面的氧化皮.还得考虑解决终锻时杆部不易充满、锻件折纹、折叠等问题.并应尽可能提高材料利用率。为了使坯料分配均匀并便于操作工操作.我们在锤锻模左前端设计了一个预锻型腔。预锻型腔下模设计出一个深度约5mm的凹槽.凹槽直径和热坯料直径一样.凹槽边缘采用大圆角过渡.便于坯料定位且不影响后续终锻.操作工可以很方便地将加热后的坯料放在定位凹槽中.而不用来回摆放坯料。坯料采用高速带锯或者圆锯床下料.端面斜度控制在2mm以内。预锻型腔上模设计出凹槽.凹槽形状和终锻杆部形状一样.直径方向尺寸减少约0.5mm.目的是在预锻时就预先成形一部分杆部形状.不仅便于终锻操作定位.也可有效地解决终锻后杆部充不满的问题。为了便于终锻成形.预锻后坯料应比终锻后坯料高约15mm.设计好的预锻型腔如图4所示。

图3 锤锻模型腔排布图

图4 预锻型腔设计

⑵终锻工步设计。

通常对于杆部不易充满的锻件.设计终锻模时会考虑把杆部加长2～5mm.避免因杆部充不满而造成废品。但如果有预锻.就不用加长杆部；锻模桥部按照《锻工手册》的要求来设计.由于在预锻时坯料定位较好.预锻后坯料变形均匀.同时设计了环状阻力台.可以有效地提高材料利用率及锻件填充效果；设计时使用圆形锁扣能有效控制锻件错移.且避免了生产时反复调整模具；同时.我们在桥部位置设计了两个取件槽.如果出现锻件不好取出.操作工可通过取件槽解决此问题。

切边模设计

切边模设计按照正常设计即可.杆部向下.冲头可简化设计.在冲头上设置去飞边槽.便于去掉切边后的飞边.也可以通过适当增加冲头和凹模的间隙来避免飞边卡死在冲头上.该产品的间隙设计为2mm。凹模刃口直径可以和分模面的轮廓直径一样.也可根据切边带宽的要求适当缩小.该产品就在分模面轮廓直径的基础上减少了0.7mm.经实际生产验证发现切边后大盘外轮廓较平整.且几乎无残余毛刺.设计完的切边模示意图如图5所示。