多向鍛造概念
多向鍛造是一種封閉式凈成形鍛造加工工藝。它鍛造的產(chǎn)品，不單外形精密，還可擠出產(chǎn)品內(nèi)孔。所以，用這種工藝生產(chǎn)的鍛件，既有組織結(jié)構(gòu)細(xì)密，外觀形狀復(fù)雜精密，還可以節(jié)約材料，降低能耗，尤其在加工異形內(nèi)孔類產(chǎn)品時(shí)，其優(yōu)勢(shì)更加明顯。精密鍛件如圖1所示。
圖1 精密鍛件
圖2 鑿巖機(jī)缸體
圖1中的精密鍛件兩端均為異形內(nèi)孔。采用多向鍛造工藝生產(chǎn)該產(chǎn)品時(shí)，在多向鍛造設(shè)備上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品內(nèi)外一火成形，生產(chǎn)效率較原來的常規(guī)鍛造工藝提高數(shù)倍。多向鍛造工藝的實(shí)施有兩大類別：一是在常規(guī)鍛造設(shè)備上，使用特制多向成形模具實(shí)現(xiàn)多向鍛造成形；二是采用多向鍛造專用設(shè)備鍛造成形。前者利用常規(guī)鍛造設(shè)備，配合結(jié)構(gòu)復(fù)雜的復(fù)合動(dòng)作模具來實(shí)現(xiàn)多向鍛造，其實(shí)施噸位非常有限，大多運(yùn)用于制造小型產(chǎn)品，如五金雜件等。產(chǎn)品單重大都小于一公斤。后者需要專用的多向鍛造設(shè)備，前期投入較大，但是工藝性能優(yōu)越，生產(chǎn)模具相對(duì)簡(jiǎn)單，適應(yīng)產(chǎn)品能力極高，一般產(chǎn)品單重10公斤左右，大型設(shè)備甚至可以鍛造上百公斤單重的鍛件。所述多向鍛造屬后一類別。我公司有兩條以2000噸級(jí)的自制液動(dòng)多向鍛造機(jī)為主機(jī)的多向鍛造生產(chǎn)線，先后鍛造加工過鑿巖機(jī)缸體、機(jī)頭、汽車轉(zhuǎn)向機(jī)、萬向聯(lián)軸節(jié)、閥體、轉(zhuǎn)桿接頭等多種類鍛件。
多向鍛造產(chǎn)品工藝
鑿巖機(jī)缸體產(chǎn)品形狀如圖2所示。這個(gè)產(chǎn)品既有復(fù)雜的外形鍛造成形要求，又需要高強(qiáng)度的薄壁缸筒，是一種非常典型的多向鍛造產(chǎn)品，常見的多向鍛造規(guī)范中多有提及，下套筒模具結(jié)構(gòu)
如圖3所示，也就是鑿巖機(jī)缸體。
在我們采用多向鍛造工藝生產(chǎn)該產(chǎn)品之前，業(yè)內(nèi)均使用常規(guī)鍛造工藝如3噸模鍛錘等加工制作。常規(guī)鍛造工藝加工的缸體鍛件，其外觀尚能滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量要求。但是，常規(guī)工藝卻只能鍛造出實(shí)心體鍛件。在配件的后續(xù)加工中，首先要耗費(fèi)大量的工時(shí)來掏空內(nèi)腔，既耗費(fèi)材料，又耗費(fèi)工時(shí)，生產(chǎn)效率很低。我們采用多向鍛造工藝生產(chǎn)鑿巖機(jī)缸體，不僅外觀質(zhì)量高，在實(shí)現(xiàn)閉式鍛造無飛邊損耗的同時(shí)，因?yàn)閮蓚?cè)擠制出了預(yù)孔，從而進(jìn)一步大幅度降低材料消耗，也減少了后期掏孔的工時(shí)消耗。多向鍛造工件圖如圖4所示。
圖3 下套筒模具結(jié)構(gòu)
1-上模座 2-上墊板 3-上凹模 4-上壓板 5-沖頭6-下凹模 7-下壓板 8-下墊板 9-下模座
圖4 多向鍛造工件圖
根據(jù)我們的實(shí)際測(cè)算，同規(guī)格產(chǎn)品，采用多向鍛造時(shí)料耗為12公斤，采用常規(guī)工藝鍛造時(shí)料耗為18公斤。兩種工藝比較，常規(guī)工藝比多向鍛造多消耗材料50%。由此可見，多向鍛造在節(jié)能降耗方面具有相當(dāng)明顯的優(yōu)勢(shì)。
多向鍛造不僅省料，還能巧妙的節(jié)能。仍然按前述鑿巖機(jī)缸體鍛件為例，常規(guī)工藝為3噸模鍛錘鍛打成形，我們用2000噸液動(dòng)多向鍛造機(jī)鍛制。多向鍛造機(jī)是由兩個(gè)側(cè)缸來施加成形能量的，該油缸的設(shè)計(jì)噸位僅僅300噸。如果按照普通理論知識(shí)所述，采用多向鍛造工藝鍛造這個(gè)產(chǎn)品時(shí)，模具結(jié)構(gòu)圖如圖5所示 。
按照這個(gè)模具結(jié)構(gòu)，其端面沖頭截面形狀如圖6所示。由此圖形可得到端面沖頭面積約為130cm2，以產(chǎn)品成形流動(dòng)應(yīng)力按600MPa計(jì)算，理論成形噸位為780噸。我們?cè)谀＞咴O(shè)計(jì)中，充分利用閉式模具的成形特點(diǎn)，沖頭形狀等同鍛件內(nèi)孔尺寸，從而有效的降低了產(chǎn)品的成形噸位。改進(jìn)后模具結(jié)構(gòu)如圖7所示 ，改進(jìn)后沖頭截面如圖8所示。
圖5 模具結(jié)構(gòu)圖
圖6 端面沖頭截面形狀
圖7 改進(jìn)后模具結(jié)構(gòu)
圖8 改進(jìn)后沖頭截面
圖8中陰影內(nèi)圓是改進(jìn)的沖頭截面，面積只有約35cm2,按照同樣的成形流動(dòng)應(yīng)力計(jì)算，所需成形噸位僅為210噸。除了中空類鍛件，對(duì)于一些外形復(fù)雜的鍛件，多向鍛造也具有工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的長(zhǎng)處。多向鍛造轉(zhuǎn)向節(jié)鍛件如圖9所示。
用傳統(tǒng)工藝鍛制該產(chǎn)品，需要通過比較復(fù)雜的制坯，初鍛工步之后才能進(jìn)行終鍛。其生產(chǎn)過程占用設(shè)備多，使用生產(chǎn)人員多，生產(chǎn)周期長(zhǎng)。而采用多向鍛造制造同一產(chǎn)品，無需任何預(yù)加工工步，材料加熱后直接裝模成形，工序鏈短，操作人員少，生產(chǎn)周期短，正所謂實(shí)實(shí)在在的多快好省。多向鍛造實(shí)物照片如圖10所示。
由產(chǎn)品圖片可見，鍛件符合凈成形的精鍛要求，少無飛邊，除了具備前述工藝優(yōu)點(diǎn)，相比常規(guī)工藝鍛造還可以節(jié)約10%～15%的飛邊料耗。
圖9 多向鍛造轉(zhuǎn)向節(jié)鍛件
圖10 多向鍛造實(shí)物照片
結(jié)束語(yǔ)
近年來，國(guó)內(nèi)的多向鍛造生產(chǎn)已經(jīng)在諸多行業(yè)崛起，尤其在國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目當(dāng)中已經(jīng)做出了卓越的成績(jī)。不過，多向鍛造工藝還有許多應(yīng)用領(lǐng)域尚待開發(fā)。相信在不遠(yuǎn)的將來，多向鍛造必然會(huì)發(fā)揮出更加卓越的實(shí)際效益。
