论文部分内容阅读
摘 要：文章分析了影响锻件发生折叠缺陷的几种原因，从锻造工艺等其它方面提出相应的改进措施。
关键词：锻件折叠缺陷；产生成因；预控方法
中图分类号：TG319 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）32-0103-01
模锻件有不少封闭的断面，两肋间距离短，肋较薄，两肋间距和腹板间厚度大，并且不少部位表面是非加工成的。因为模锻件肋薄很多，在生产中经常在薄肋和腹板相交处、肋和缘条连接处产生折叠问题。模锻件上折叠破坏其连续性，由于它使断面部分变弱，或在使用时出现应力集中而发生疲劳裂纹，很大程度上减小锻件承载能力，而肋一般都用来给予刚性或为别的零件提供安装或者链接面，所以要防止折叠缺陷。
1 铝合金模锻件折叠缺陷部位和原因分析
1.1 模锻件折叠部位
由锻件结构与外形能够看出，在生产中折叠大多发生在锻件腹板和筋、筋和缘条部位。
1.2 折叠缺陷的原因
①毛料设计，设计不合理，造成金属分配存在差异性。锻件工艺选择直径是180 mm×420 mm长棒材，按照二次多方段进行打方，直到120 mm×180 mm×480 mm，然后对其中间局部进行拔长，再在50水压机上终压成型。由其外形可知，其上下筋对称，虽然毛料外形与锻件外形接近，如图1所示。但是通过图1可知锻件毛料上部与底部金属不均匀，底部金属分布较大，高度不够，锻件是上下对称的，在模压时，上部筋充满着型腔，下部金属没有充满，随着变形在型腔中圆角上部就产生一个空穴，最终在此处金属与下部汇合充填，产生折叠。
②从腹板和筋连接部位圆角半径分析，由于该圆角半径小，在模锻中，两筋充满后，上下模不断靠拢，表面金属顺着阻力较小方向穿过，流进毛边槽，并带动表面金属外流，使筋与腹板叠在一起，产生折叠。
③从金属流向考虑模压时，金属填充型腔中，不是贴着圆角壁流入，离开圆角，使金属先和相对侧壁接触，再与底部接触，向圆角处出现金属倒流，这使正流与倒流金属表面发生重合，进而形成折叠。
④上一次模压完时修伤没有彻底，没有快速把折叠修干净而使其进入下一次模压，使锻件内部与外部都有折叠。
1.3 解决折叠缺陷方法
①把锻件毛料改成选择直径是170 mm×280 mm长棒材，在拔长模上进行拔长，拔成头端是直径（170×80+10）mm，尾部压扁到70+5 mm厚。选择新改进毛料来模压，可看到其上下金属均匀，在模压过程中金属变形比较均匀，在棒子拔长部位圆角将圆滑过渡，在模压时使和分模垂直方向上流动阻力较小，不能在型腔中圆角上部产生空穴，让金属均匀充满型腔。②增加筋和腹板上圆角与模具上凸圆角半径，使金属模压时均匀充满型腔，流动阻力减小，多余金属将沿模腔外形流入毛边槽。③经过改进工艺的锻件表面不存在折叠，流线沿着锻件分布，符合图纸和验收标准。
2 轴类锻件的折叠缺陷
在锻件中，有较大部分是轴类锻件，其成形模具是摔模，由上下两部分构成，锻造中锻件绕着轴线旋转，没有飞边，例如卡摔模和调直摔模。摔模成形特点是通过模具侧面压力来制约金属横向流动，使金属顺着轴线延长，和自由锻成形比起来，拔长率提高到20%～40%。同时，内拔长时应力情况也能防止内部出现纵向裂纹。在生产中发现，台阶轴锻件使用一般摔模锻造时，往往在台阶部位发生折叠缺陷。
2.1 折叠缺陷问题
下面是半轴锻件工艺，以此说明利用成形台阶轴过程中出现缺陷，和模具改进后的解决。半轴成形步骤是：①压肩直径是130 mm；②拔长两端到直径130 mm，自由锻成形；③一端压肩直径118 mm；④拔长一端到直径115 mm，自由锻成形；⑤压肩直径108 mm；⑥拔长另一端到直径105 mm，自由锻成形；⑦修整和调直成形，调直摔模。利用摔模时，在步骤①、③、⑤、⑦，都容易发生折叠缺陷，尤以调直摔模这一步最为严重。
2.2 问题分析
现在以调直摔模这一步为例，分析缺陷原因和工序改进。摔模型腔不同部位产生台阶，其高度结合直径差来确定，这就使锻打过程中台阶不为金属发生剧烈变形和流动不畅。上、下模块在合拢时，型腔上为避免应力出现集中与使流动平滑而设置圆角在接触台阶部位产生一个台阶缝隙，进一步对金属流动造成影响。
这样，在台阶部位除了大多数金属按工装流动产生台阶外，剩下的金属因为直径变化引起流动不畅，有一部分流到上、下模块的缝隙中，形成像模锻时的“飞边”。在锻件旋转锻造时，这部分剩下的金属因为厚度薄在锻造时被弯曲而贴在锻件表面，进一步锻打时会卡在锻件内，形成折叠。所以，普通摔模时折叠缺陷的原因包括两个：一个是型腔上因为直径不同的台阶；二是型腔的圆角。针对这两个因素进行分析：①型腔的圆角无法取消；②折叠开始出现在模块交界处，说明接近其接触部位台阶是造成折叠的主因。
2.3 问题的解决
对工装进行修改，从根源上解决轴类锻件的折叠问题。在摔模的台阶处，在小直径型圆弧切向设置两条切线和大直径型圆角相切。这样部分消除存在于模块接触部位台阶，减慢形状上改变。当模块合拢时在圆角处产生一个容纳剩下金属的空腔，不是原来的台阶缝隙。锻打时剩下金属分流到这个部位时，不产生飞边，而产生一个棱形块，在锻件旋转锻造时，这部分剩下金属因为是棱形由于其厚度后所以不是先弯曲再折叠，而是经过锻粗和锻平然后融进锻件内部，成为一个整体，不会发生折叠缺陷。
3 弯曲锻件的折叠缺陷
弯曲锻件是常用的结构锻件，主要有连杆、曲轴和管接头等，这类锻件的多数缺陷是弯角转接部位的折叠，锻件流线要顺着零件方向分布时，这类折叠被锻件形状所制约，特别是弯曲角低于110 ？觷时，折叠难以避免。
3.1 零件形状与缺陷位置
锻件材料为不锈钢，使用设备是摩擦压力机，工艺是弯曲制坯和开式模锻和冷校正。缺陷位置与深度有这种特征：位置是弯曲转角和平台相接处。缺陷打磨以后深度是1～2 mm，经过剖开后检查，确定缺陷性质是折叠。
3.2 缺陷产生原因
该缺陷产生主要因为模锻成型时，已弯曲棒料弯曲端用料少，变形区处圆台用料多，所以在模锻时，弯曲端材料向着最大用料圆台处汇集，圆台处金属部分填到型腔，部分朝型腔外部流，与弯曲端流动来充型材料汇流，这时弯曲棒料若有褶皱等问题，会增加材料流动的差异性，因此发生折叠。
3.3 解决缺陷措施
对缺陷发生原因，要采取这种措施来解决，弯曲工序是引起折叠关键一步，由实验可知，在温度与打击力度合适时，该种材料弯曲后，弯曲角超过120 ？觷，弯曲半径超过8 mm时，坯料一般不出现褶皱。综合分析该锻件放置与用料，把弯曲角由110 ？觷改为115 ？觷，弯曲的内半径由5 mm改成10 mm，从而降低弯曲褶皱发生可能性，消除褶皱发展成折叠隐患。还有，弯曲模具设计时，弯曲槽设计很重要。棒材弯曲以后，变形区会出现椭圆状变形，应注意折弯后截面是否发生凹陷，如果有，要及时调整弯曲槽设计，加大倾斜角尺寸，从135 ？觷加到150 ？觷。
4 结 语
通过对锻件折叠发生的原因分析，进而对锻件毛料改进和模具尺寸更改，使锻件尺寸良好，锻件表面和低倍组织都没有出现折叠，锻件力学性能都符合标准要求，其质量稳定，像台阶轴，工装改进设计已经在生产中用到全部摔模设计，基本解决了台阶轴折叠缺陷问题。弯曲锻件折叠缺陷，重要的是锻造工艺与模具设计必须合理、恰当。
参考文献：
[1] 向清然.浅析模具锻造件中折叠缺陷成因[J].科技向导，2011，（2）.
[2] 刘组表.大断面方坯轧制折叠缺陷的产生原因及控制[J].宝钢技术，2013，（6）.
关键词：锻件折叠缺陷；产生成因；预控方法
中图分类号：TG319 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）32-0103-01
模锻件有不少封闭的断面，两肋间距离短，肋较薄，两肋间距和腹板间厚度大，并且不少部位表面是非加工成的。因为模锻件肋薄很多，在生产中经常在薄肋和腹板相交处、肋和缘条连接处产生折叠问题。模锻件上折叠破坏其连续性，由于它使断面部分变弱，或在使用时出现应力集中而发生疲劳裂纹，很大程度上减小锻件承载能力，而肋一般都用来给予刚性或为别的零件提供安装或者链接面，所以要防止折叠缺陷。
1 铝合金模锻件折叠缺陷部位和原因分析
1.1 模锻件折叠部位
由锻件结构与外形能够看出，在生产中折叠大多发生在锻件腹板和筋、筋和缘条部位。
1.2 折叠缺陷的原因
①毛料设计，设计不合理，造成金属分配存在差异性。锻件工艺选择直径是180 mm×420 mm长棒材，按照二次多方段进行打方，直到120 mm×180 mm×480 mm，然后对其中间局部进行拔长，再在50水压机上终压成型。由其外形可知，其上下筋对称，虽然毛料外形与锻件外形接近，如图1所示。但是通过图1可知锻件毛料上部与底部金属不均匀，底部金属分布较大，高度不够，锻件是上下对称的，在模压时，上部筋充满着型腔，下部金属没有充满，随着变形在型腔中圆角上部就产生一个空穴，最终在此处金属与下部汇合充填，产生折叠。
②从腹板和筋连接部位圆角半径分析，由于该圆角半径小，在模锻中，两筋充满后，上下模不断靠拢，表面金属顺着阻力较小方向穿过，流进毛边槽，并带动表面金属外流，使筋与腹板叠在一起，产生折叠。
③从金属流向考虑模压时，金属填充型腔中，不是贴着圆角壁流入，离开圆角，使金属先和相对侧壁接触，再与底部接触，向圆角处出现金属倒流，这使正流与倒流金属表面发生重合，进而形成折叠。
④上一次模压完时修伤没有彻底，没有快速把折叠修干净而使其进入下一次模压，使锻件内部与外部都有折叠。
1.3 解决折叠缺陷方法
①把锻件毛料改成选择直径是170 mm×280 mm长棒材，在拔长模上进行拔长，拔成头端是直径（170×80+10）mm，尾部压扁到70+5 mm厚。选择新改进毛料来模压，可看到其上下金属均匀，在模压过程中金属变形比较均匀，在棒子拔长部位圆角将圆滑过渡，在模压时使和分模垂直方向上流动阻力较小，不能在型腔中圆角上部产生空穴，让金属均匀充满型腔。②增加筋和腹板上圆角与模具上凸圆角半径，使金属模压时均匀充满型腔，流动阻力减小，多余金属将沿模腔外形流入毛边槽。③经过改进工艺的锻件表面不存在折叠，流线沿着锻件分布，符合图纸和验收标准。
2 轴类锻件的折叠缺陷
在锻件中，有较大部分是轴类锻件，其成形模具是摔模，由上下两部分构成，锻造中锻件绕着轴线旋转，没有飞边，例如卡摔模和调直摔模。摔模成形特点是通过模具侧面压力来制约金属横向流动，使金属顺着轴线延长，和自由锻成形比起来，拔长率提高到20%～40%。同时，内拔长时应力情况也能防止内部出现纵向裂纹。在生产中发现，台阶轴锻件使用一般摔模锻造时，往往在台阶部位发生折叠缺陷。
2.1 折叠缺陷问题
下面是半轴锻件工艺，以此说明利用成形台阶轴过程中出现缺陷，和模具改进后的解决。半轴成形步骤是：①压肩直径是130 mm；②拔长两端到直径130 mm，自由锻成形；③一端压肩直径118 mm；④拔长一端到直径115 mm，自由锻成形；⑤压肩直径108 mm；⑥拔长另一端到直径105 mm，自由锻成形；⑦修整和调直成形，调直摔模。利用摔模时，在步骤①、③、⑤、⑦，都容易发生折叠缺陷，尤以调直摔模这一步最为严重。
2.2 问题分析
现在以调直摔模这一步为例，分析缺陷原因和工序改进。摔模型腔不同部位产生台阶，其高度结合直径差来确定，这就使锻打过程中台阶不为金属发生剧烈变形和流动不畅。上、下模块在合拢时，型腔上为避免应力出现集中与使流动平滑而设置圆角在接触台阶部位产生一个台阶缝隙，进一步对金属流动造成影响。
这样，在台阶部位除了大多数金属按工装流动产生台阶外，剩下的金属因为直径变化引起流动不畅，有一部分流到上、下模块的缝隙中，形成像模锻时的“飞边”。在锻件旋转锻造时，这部分剩下的金属因为厚度薄在锻造时被弯曲而贴在锻件表面，进一步锻打时会卡在锻件内，形成折叠。所以，普通摔模时折叠缺陷的原因包括两个：一个是型腔上因为直径不同的台阶；二是型腔的圆角。针对这两个因素进行分析：①型腔的圆角无法取消；②折叠开始出现在模块交界处，说明接近其接触部位台阶是造成折叠的主因。
2.3 问题的解决
对工装进行修改，从根源上解决轴类锻件的折叠问题。在摔模的台阶处，在小直径型圆弧切向设置两条切线和大直径型圆角相切。这样部分消除存在于模块接触部位台阶，减慢形状上改变。当模块合拢时在圆角处产生一个容纳剩下金属的空腔，不是原来的台阶缝隙。锻打时剩下金属分流到这个部位时，不产生飞边，而产生一个棱形块，在锻件旋转锻造时，这部分剩下金属因为是棱形由于其厚度后所以不是先弯曲再折叠，而是经过锻粗和锻平然后融进锻件内部，成为一个整体，不会发生折叠缺陷。
3 弯曲锻件的折叠缺陷
弯曲锻件是常用的结构锻件，主要有连杆、曲轴和管接头等，这类锻件的多数缺陷是弯角转接部位的折叠，锻件流线要顺着零件方向分布时，这类折叠被锻件形状所制约，特别是弯曲角低于110 ？觷时，折叠难以避免。
3.1 零件形状与缺陷位置
锻件材料为不锈钢，使用设备是摩擦压力机，工艺是弯曲制坯和开式模锻和冷校正。缺陷位置与深度有这种特征：位置是弯曲转角和平台相接处。缺陷打磨以后深度是1～2 mm，经过剖开后检查，确定缺陷性质是折叠。
3.2 缺陷产生原因
该缺陷产生主要因为模锻成型时，已弯曲棒料弯曲端用料少，变形区处圆台用料多，所以在模锻时，弯曲端材料向着最大用料圆台处汇集，圆台处金属部分填到型腔，部分朝型腔外部流，与弯曲端流动来充型材料汇流，这时弯曲棒料若有褶皱等问题，会增加材料流动的差异性，因此发生折叠。
3.3 解决缺陷措施
对缺陷发生原因，要采取这种措施来解决，弯曲工序是引起折叠关键一步，由实验可知，在温度与打击力度合适时，该种材料弯曲后，弯曲角超过120 ？觷，弯曲半径超过8 mm时，坯料一般不出现褶皱。综合分析该锻件放置与用料，把弯曲角由110 ？觷改为115 ？觷，弯曲的内半径由5 mm改成10 mm，从而降低弯曲褶皱发生可能性，消除褶皱发展成折叠隐患。还有，弯曲模具设计时，弯曲槽设计很重要。棒材弯曲以后，变形区会出现椭圆状变形，应注意折弯后截面是否发生凹陷，如果有，要及时调整弯曲槽设计，加大倾斜角尺寸，从135 ？觷加到150 ？觷。
4 结 语
通过对锻件折叠发生的原因分析，进而对锻件毛料改进和模具尺寸更改，使锻件尺寸良好，锻件表面和低倍组织都没有出现折叠，锻件力学性能都符合标准要求，其质量稳定，像台阶轴，工装改进设计已经在生产中用到全部摔模设计，基本解决了台阶轴折叠缺陷问题。弯曲锻件折叠缺陷，重要的是锻造工艺与模具设计必须合理、恰当。
参考文献：
[1] 向清然.浅析模具锻造件中折叠缺陷成因[J].科技向导，2011，（2）.
[2] 刘组表.大断面方坯轧制折叠缺陷的产生原因及控制[J].宝钢技术，2013，（6）.