闭式模锻技术的最新发展趋势

国内外闭式模锻技术的最新发展动态，主要体现在两个方面：一是中空分流锻造；二是流动控制成形。下面分别进行简要介绍。

（1）中空分流锻造^［21］中空分流锻造是近年来发展起来的一种闭式模锻新工艺，它是针对直齿圆柱齿轮等饼盘类零件具有的中心孔的结构特点，通过合理设计环形毛坯，在环形毛坯闭式模锻成形为所需锻件时，利用分流原理使齿顶型腔充满；利用中心孔始终为锻件的自由表面因减少了锻件同模膛的接触面积而降低了模锻成形力；同时，利用中心孔的缩小来调节坯料体积的波动。因为中心孔起到了多余金属分流与降低模锻成形力的作用，因此称为中空分流锻造。这种工艺特别适合于盘状、直齿圆柱齿轮和复杂饼盘类零件的精密模锻。

日本学者Kazuyoshi KONDO和Kyoichi OHGA首次采用试验方法研究了孔分流原理，将减压孔原理与闭式模锻相结合来研究模锻成形力的变化情况。所试验的直齿轮模数m＝1mm、齿数z＝22，原材料为退火纯铝，当毛坯为直径ϕ19.5mm的实心圆饼，凸模行程1mm时，单位成形力陡然增加到650MPa而齿顶还未充满；当在毛坯中间加工出ϕ9mm的减压孔后，其单位成形力约为430MPa时齿顶就完全充满。试验结果表明，采用分流减压孔后，其单位成形力降低了34％，并得到齿顶完全充满时，单位成形力随减压孔直径的增大而减小的变化规律。继而采用S10C钢进行了试验并得到相同的规律，表明这种分流闭式模锻成形工艺可投入实际应用^［22］。

韩国釜山大学的J.C.Choi和Y.Choi对模数为1.5mm、齿数为18、压力角为20°的直齿圆柱齿轮的锻造成形工艺展开研究。如利用传统的闭塞锻造方法成形直齿圆柱齿轮锻件，将导致锻造成形力很大，因此，提出一种带芯轴的中空分流精密锻造成形工艺，该工艺包含两个工步，且对该工艺进行了优化设计。采用合金钢SCM415材料进行相关的工艺试验，得到了成形很好的齿轮锻件，且成形力较采用传统闭塞锻造成形工艺的成形力小，所锻造齿轮的精度与切削齿轮的精度（韩国工业标准第4和第5级标准）相当^［23］。

付沛福、寇淑清等针对直齿圆柱齿轮的冷精锻成形，提出结合闭式模锻与分流措施的两步成形法，利用组合试验模具对诸多工艺方案及充填规律进行了试验研究，并对两步成形过程中金属流动情况进行了数值模拟。结果表明，所提出的约束分流方案在改善充填性、降低载荷及提高材料利用率方面具有较多的优点^［24］。

张英杰采用主应力法分别建立环形件内环和外环的应力平衡方程，然后利用在分流面上内环的径向应力与外环的径向应力相等导出了分流面半径的计算公式，所建立的计算公式为法兰锻件的制坯优化提供了理论依据^［25］。

夏巨谌、冀东生等针对采用常规闭式模锻工艺成形汽车变速器结合齿轮时，凹模容易破裂和齿形部位磨损过快的难题，提出了为实现中空分流锻造成形的预锻件的优化设计思路和方法，同时提出了组合式预锻凹模和终锻凹模优化设计方法。江苏太平洋精密锻造科技有限公司完成了三工位中空分流闭式锻造模具结构设计与制造，并成功进行了工艺试验和生产应用。

（2）流动控制成形（Flow ControlForming，FCF）^［26］流动控制成形也是近年来发展起来的一种闭式模锻新工艺，其概念最先由德国和日本学者提出。其变形原理及实质是：对于复杂难成形的锻件，根据其最后充满成形部位的判据，在封闭的模膛内有意造成由最难充满部位到凹模入口处，其绝对值由小到大的压应力梯度场，确保模锻过程中在其他部位充满的同时，最难充满的部位也能完全充满，从而实现了流动方向的控制，故称流动控制成形。

流动控制成形的特点：

1）可以精确控制金属材料的非均匀塑性流动，提高其成形性能，可实现更加复杂结构的精密成形。(www.xing528.com)

2）可以有效避免折叠、充不满等缺陷的产生，使制件金属流线连续致密，提高产品的力学性能。

3）可使制件表面更加光洁，尺寸精度更高，其公差等级达到IT8～IT9级，比一般挤压件尺寸公差等级还高1级。

实现流动控制成形的方式：

1）采用阻尼方式，通过反向作用力即阻尼力与正向挤压成形力的合理配置，在模膛内形成由凹模入口处到最难充满部位的压应力梯度场。

2）采用减压方式，即通过在模膛中最难充满部位设置分流腔，形成凹模入口处到最难充满部位的压应力梯度场。

3）采用阻尼与减压联合方式，主要用于有闭式预锻和终锻两工步成形的情况。

适用范围：流动控制成形既适合于黑色金属零件如直齿锥齿轮等零件的精密成形，也适合于高强度铝合金等难变形金属复杂零件的精密成形。

国内外研究与发展动态：日本学者针对铝合金涡旋盘的形状为涡旋形且壁厚从中心到边缘逐渐由厚到薄的结构特点，采用带有与流动方向相反的作用力即阻尼力与正向挤压力共同作用，迫使金属由中心流向边缘，且工件前端平齐。若不施加阻尼力，则工件前端由中心到边缘逐渐变低而产生端部充不满的缺陷。同时采用FCF技术和生产线成套装备实现大批量生产。北京机电研究所针对2014铝合金涡旋盘阻尼式流动控制成形工艺，研究得到了阻尼力与正向挤压力之间的合理配置。华中科技大学针对轿车安全气囊气体发生器压盖和壳体均为多层薄壁圆筒的结构特点及7A04超硬铝合金塑性差的特性，提出并研究了减压式流动控制成形技术，包括变形方式、控制腔设置位置的判据及控制腔的设计方法、成形力的计算等，由工艺试验所得到的样件经水爆试验表明完全达到美国安全气囊技术标准。江苏泰州科达精密锻造有限公司设计制造了阻尼式和减压式两种流动控制成形通用模架和模具，成功地实现了多种规格的涡旋盘与压盖及壳体精密锻件的批量生产。