热模锻压力机成形工步选择优化

变形工步的选择取决于锻件形状复杂程度和尺寸大小，通常按锻件分类选择适当的变形工步。

1.热模锻压力机与锤上模锻成形比较

1）在锤上模锻时，金属在锤头多次打击下逐步成形，锤头打击速度快，每次锤击金属变形量小，有利于毛坯上下端部金属的变形，比较容易充满型槽。热模锻压力机滑块行程一定，速度慢，每一型槽中仅一次有效行程，金属变形量大，容易沿水平方向强烈流动，形成很大的飞边，造成型槽深处充不满。对于形状复杂难于充满的锻件，必须经过多工步精密制坯，使毛坯逐步接近锻件形状。尽管热模压力机上模锻操作相对简单，但对设计水平要求较高。

2）在热模压力机上行程和打击力量不能调节，需要采用拔长、滚挤时，就需要在其他设备（如辊锻机、平锻机、空气锤等）上进行制坯，在大批量生产时，也可采用周期性轧坯。

在锤上模锻时，经过拔长、滚压出来的锻件流线是呈波状分布，而在热模压力机上的拔长工序常用辊轧完成，变形比较均匀，流线的分布较锤上模锻好。

3）热模锻压力机上模锻时，上下锻模打不靠，飞边阻流作用不像锤上模锻那样明显，应尽量采用镦粗法充满终锻型槽。

4）在锤上模锻时，坯料一般在火焰炉内加热，其上的氧化皮比较容易在锻锤冲击时击碎，特别是在制坯型槽内翻转坯料时，可用压缩空气或蒸汽流来吹除，因此锤上模锻坯料的氧化皮容易去除。而热模锻压力机的滑块速度较快，模锻是在一次滑块行程内完成，氧化皮只是部分击碎，马上就被压入坯料的表面内，难以去除。为此，热模锻压力机最好采用感应方式快速加热。

5）由于热模锻压力机导向精度高，并采用带有导柱的组合模，所以可以模锻出精度高的锻件。

6）排气孔：锤上模锻时每次打击后锻件就要跳起，润滑油燃烧而积存的气体可以自由地溢出，而不影响金属充满模锻的形状，因此在锤锻模中不需要做这个孔。

7）与锤上模锻所有型槽在一块模具上不同，热模锻压力机每个工步有单独模块，全部型槽都在各自分离的模块上制成，并用紧固螺栓紧固在通用模架上。这样既更换方便，又可节约大量的模具钢。

8）尽管热模锻压力机的变形开始速度（0.5～1m/s）较模锻锤的打击速度低（6～8m/s），但热模锻压力机快速行程（40～120次/min）较锤上模锻的行程数要少。同时，热模锻压力机每一型槽中仅有一次行程，而锤上模锻则是一型槽多次击打，因而保证了热模锻压力机的高生产率。

2.成形工步选择

热模锻压力机上模锻的变形工步分为模锻和制坯两类。模锻工步包括终锻和预锻，制坯工步包括镦粗、成形、弯曲、辊锻等，其中辊锻在辊锻机上进行。挤压既可作模锻工步，也可作制坯工步。

（1）第Ⅰ类锻件的工步选择

热模锻压力机上模锻工步选择的原则与锤上模锻的不同之处在于：预锻工步用得多，而且重要，同时挤压工步也常采用。第Ⅰ-1类锻件锻件可按外形复杂程度来选择工步，选择时参见表3-5，常用的工步有镦粗、挤压、预锻和终锻。

短轴线类锻件按轴对称变形要求，中间坯料应按锻件纵断面形状合理分配金属，并符合锻件平面图形状。主要采用的制坯工步为镦锻类制坯工步，并根据需要选用成形工步。这类锻件包括轴对称件和平面对称件。在模锻时通常都采用镦粗工步，其作用是去除氧化皮，更重要的是镦粗后的坯料能在变形过程中充满型槽，而且不产生折纹。

表3-5第Ⅰ类锻件的工步选择

案例1：从动齿轮模锻过程，采用镦粗、预锻、终锻成形，如图3-2所示。

案例2：薄法兰锻件的模锻

模锻带有直径大而薄的法兰边的锻件，应争取用镦粗成形的原则进行，同时还必须保证为得到所需尺寸的法兰边创造条件。

如图3-3所示为薄法兰边锻件的模锻工步图。毛坯在半封闭式镦粗型槽中进行镦粗，型槽上半部分是平的，下半部分制出深35mm并中心凸起的槽，用以使毛坯预先成形及以后定位方便；凸起部顶端是平的，以保证原毛坯放稳。

图3-2 从动齿轮

图3-3 薄法兰锻件

预冲中心孔是在预锻工步中进行，预锻时法兰应小而厚。

在终锻时，毛坯在模槽突出部上镦粗后与型槽底部接触，接着上法兰镦粗。所有多余金属挤向法兰。在变形过程中，由于大多是镦粗形成，阻力相当小。

工艺过程包括下列四道主要工序：

1）圆锯切割毛坯（ϕ55×155mm）。

2）在火焰炉中加热毛坯，并去掉端面氧化皮。

3）在16000kN压床上分三个工步模锻。

4）在1500kN切边压床上热切飞边和侧滑块上冲连皮。

案例3：利用挤压成形替代锻造成形，可节约大量金属材料，如图3-4所示。(www.xing528.com)

图3-4 轮毂管轴锻造和挤压过程比较

a）轮毂管轴锻造 b）挤压过程

案例4：第Ⅰ类第3组粗大头部拖拉机气阀锻件挤压成形，如图3-5所示。

（2）第Ⅱ类组件的二步选择 第Ⅱ类锻件工步选择原则上和锤上模锻相同。

1）对断面变化小的锻件（见表3-2中第Ⅱ类第1组），视其形状复杂程度可直接终锻或预锻—终锻。当此锻件宽度与毛坯直径之比大于1.6～2时，应增加压扁工步。中间轴模锻工步如图3-6所示。

对扁薄锻件则采用压扁工步，如图3-7所示。

2）对断面有一定变化的构件（见表3-2中第Ⅱ类第2组），当断面变化不超过10%～15%时，可采用压肩—终锻或压肩—预锻—终锻。

3）对断面变化大的锻件（见表3-2中第Ⅱ类第3组），一般需采用其他设备制坯（辊锻、平锻、楔横轧、空气锤等），采用成形毛坯（周期性轧坯或异形断面型钢）。从动杆模锻变形过程如图3-8所示。

图3-5 拖拉机气阀粗大头部用ϕ50×600mm坯料挤压成形

图3-6 中间轴模锻工步

a）原坯料 b、c）预锻工步 d）终锻工步

图3-7 链轨板模锻工步

a）原坯料 b）压扁工步 c）预锻工步 d）终锻工步

4）对长度不超过200mm的连杆锻件，一次锻造两个最为合适。此时两个锻件平行交错排列，大头向外，这样就可以不用毛坯模槽或仅是中部的卡锻，同时生产率高。使用中，毛坯中部常采用压平或卡锻工序，以免毛坯在没有超过型槽总宽度时而导致产生折缝。

预锻模槽应具有大的圆角半径及劈刃。当模锻斜度较大时，其外形可与终锻型相同，以便于定位。预锻及终锻槽应统一设有顶出装置。

图3-9为用矩形毛坯模锻成对连杆的工步。毛坯在压扁中部后进行预锻，再翻转180°终锻。切飞边后两锻件间仍留有连皮，以便成对进行校正，保证校正的生产率及切边的一致性，校正后重切连皮将锻件分开。

图3-10为用方形毛坯成对模锻连杆的工步。在第一工步中完成压缩与劈开毛坯工作，此时坯料应斜放，使其两端集料与型槽重合以形成头部。预锻不形成杆部肋条，这样虽使终锻工作较为复杂，但可以防止折纹。

5）对弯曲轴类锻件（见表3-2中第Ⅱ类第4组），是否需要采用弯曲工步的选择与锤上模锻相同，而其他工步的选择可按上述原则进行。

6）在热模锻压力机上模锻重量和尺寸较小的锻件时，可以采用多件模锻，如图3-11所示，以便提高生产效率、减少工步及简化制坯型槽。

图3-8 从动杆模锻变形过程

a）坯料 b）、c）、d）、e）辊锻制坯 f）预锻 g）终锻 h）切边 i）锻件

图3-9 用矩形毛坯模锻成对连杆的工步

图3-10 用方形毛坯模锻成对连杆的工步

图3-11 一模多件

a）交错排列法 b）一字排列法