模锻锤闭式精密锻造工艺优化

■ 张向卓，李文新，李士磊

众所周知，模锻锤是应用最广的一种模锻设备。开式模锻工艺适应性强，所以目前锤上模锻大多以开式模锻为主。但是由于开式模锻不可避免会产生飞边，导致原材料利用率较低，且较之闭式锻造还需要增加切边工序。随着设备精度及下料精度的提升，通过工艺优化，可在模锻锤上实现简单件的精密成形。

以某轻型货车变速器中某齿轮件为例（见图1），通过工艺优化，实现锤上精密锻造，并最终获得质量良好的锻件。

图1 齿轮件剖面

1. 原工艺存在问题

此齿轮件由于生产批量不大，故设计在模锻锤上生产，且考虑此齿轮件为简单盘类体，易于充形，故设计为模锻锤上闭式锻造，并在锻造中直接锻出油槽。但实际生产过程中，发现有以下几点问题：

（1）锻后油槽表面有类似压痕的缺陷。

（2）锻件有局部出毛刺和充不满的现象。

（3）锻件偶有折叠缺陷。

经观察分析，在模锻锤上锻造时，锻件极易跳模，跳模后锻件周向无法重新准确定位，因此，经多次锻打时油槽错位，导致油槽处产生类似压痕的缺陷。

另外，利用模锻锤平砧制坯时，坯料直径及厚度波动较大，坯料在型腔中无法准确定位，直径偏小时放入型腔后间隙大容易放偏，直径偏大时又不能完全放入型腔，这些都会导致锻件局部出毛刺和充不满。

对于锻件折叠，经模拟分析发现在锻打时如果打击能量过高，会出现局部金属横向流动过快，带动周边金属流动，从而产生了类似对流的现象并造成折叠。

2. 工艺改进

针对原工艺存在的问题，分析后进行如下改进：

（1）为防止锻件跳模导致油槽成形出现缺陷，在下模设计用于定位锻件的余块，下模及定位余块结构如图2b所示，定位余块设计在连皮位置，冲孔时可直接冲掉，因此，不会导致锻件局部加工余量增加，并且余块体积小，对原材料消耗影响不大。

（2）闭式锻造中，镦粗制坯饼大小至关重要，为保证制坯饼大小，在模体上设计镦粗台，镦粗台如图2c所示。通过上下模体对击，利用镦粗台固定高度可以保证制坯饼厚的一致性，从而保证制坯饼的大小。

（3）完成设计后，利用Deform软件进行模拟仿真，旨在验证方案的可行性及合理设定每锤锻打的打击能量。

3. DEFORM-3D模拟及实际生产情况

对于该设计方案，利用Deform-3D进行模拟仿真分析。结合实际情况，模拟过程的各项参数设定如附表所示。

图2 模具

模拟过程参数设定

图3为用Deform-3D进行模拟的结果，第495步（见图3a）、第608步（见图3b）、打击能量曲线（见图3c）。图3c中曲线为设备载荷曲线，其中X坐标为模拟过程的步数，Y坐标为设备载荷，其中1～481步为镦粗制坯过程，482～609步为成形过程。通过模拟可以看出，定位余块在成形初始时已充满，可保证利用余块定位的可靠性，如图3a所示；成形过程金属流动顺畅，油槽及减重凹槽处的充满效果良好，无折叠等缺陷产生，如图3b所示。经模拟分析，此方案可行，进而进行实际生产。

生产用的模锻锤、锻件及成品实物如图4所示。

图3 Deform-3D模拟结果

图4 生产实物

4. 结语

利用优化后工艺进行实际生产时，制坯大小合适，定位良好，定位余块可以准确定位保证锻件油槽方向，实际生产的锻件质量稳定，无折叠及局部出毛刺和未充满等缺陷的产生；根据模拟结果优化了锻锤打击能量的设定，提高了生产效率的同时，模具寿命也得到提高。现此齿轮锻件已顺利完成批量生产，成品已应用于某品牌轻型货车上。

对于类似件如采用本方案进行生产时，有以下几点建议：

对于模锻锤上闭式生产，设备的下顶出是必要的。

闭式锻造对制坯大小要求更为严格，为保证制坯尺寸，可在模具上设计镦粗台。

设计模具时要合理设计导向结构，防止严重错模。

成形过程中如果打击能量过大，容易造成折叠等缺陷，因此建议先轻击预变形后再重锤充形。

根据Deform模拟情况合理设定打击能量，可以避免能量浪费，减少模具吸收的打击能量，有效提高模具使用寿命。