文/楊成忠，蔡風岐，王洪興，于世方·一汽巴勒特鍛造（長春）有限公司技術開發(fā)部

類回轉體鍛件精密鍛造工藝研究開發(fā)（上）

文/楊成忠，蔡風岐，王洪興，于世方·一汽巴勒特鍛造（長春）有限公司技術開發(fā)部

鍛造行業(yè)是一個勞動密集型的、附加值低的產業(yè)，市場競爭非常激烈，利潤也非常微薄，一汽巴勒特鍛造公司處在這樣一個競爭激烈的行業(yè)中，要想生存、發(fā)展、必須靠技術改進和創(chuàng)新。

精密鍛造—無飛邊鍛造并不是一種新的工藝，世界上鍛造行業(yè)發(fā)達的國家，比如德國、法國、英國、意大利、美國、日本、韓國等已經開發(fā)成功。瑞士哈特貝爾公司生產的熱鐓機就是典型的應用精密鍛造工藝的范例，還有德國萬家頓生產的多工位熱模鍛壓力機、日本坂村生產的快速鐓鍛機都是利用的精密鍛造工藝。

國內很多企業(yè)，通過與外部合作或直接采購設備引進精密鍛造技術，已經開發(fā)了精密鍛造工藝，如二汽鍛造、陜西法士特和部分合資企業(yè)。

進入21世紀，中國汽車制造業(yè)的飛速發(fā)展，帶動了國內鍛造業(yè)的高速發(fā)展。隨著中國的鍛造企業(yè)與國外同行交流機會的增多和深入，國內鍛造企業(yè)不僅在熱鍛技術上有了很大的提高，并且在冷、溫鍛等精鍛方面也有了快速的進步。

一汽鍛造因與外部交流的貧乏，所以技術進步要緩慢得多。2006年，隨著鍛造公司與印度巴勒特的合資，公司開啟了新的一頁，我們也開闊了視野。2009年，鍛造公司把精密鍛造工藝開發(fā)，作為其技術革新的起點，要以精密鍛造工藝開發(fā)為契機，實現回歸一流鍛造企業(yè)的目標。根據公司的設備特點，獨立自主，利用全體技術人員的集體智慧，經過多次反復研究、多人參加評審、模擬、調試、改進，最終獲得成功。

詳細技術內容

總述

精密鍛造的定義是，利用側向擠壓變形，通過驅動鍛模上模來使坯料流向側面的模具空間進行鍛造。當坯料在上下模的作用下被壓縮產生塑性流動，縱向塑性流動受阻后，轉換方向形成徑向或橫向流動，形成枝狀或凸緣狀。從而充滿整個型腔的過程。

簡單地說，精密鍛造就是無飛邊鍛造，精密模鍛是坯料金屬在模具的封閉模膛內成形，無飛邊或出現較小的飛刺，材料利用率和鍛件精度均比普通模鍛件高，材料利用率根據鍛件形狀一般可以較普通提高10％～25％，其中厚壁齒輪鍛件材料利用率可達95％以上，鍛件精度可達到GB12361-90精密級（普通鍛件精度普通級）。常見回轉體鍛件如圖1所示。

一般工藝流程為：鋸床下料→中頻感應電加熱→鐓粗→預鍛→終鍛→熱沖孔→車毛刺→熱處理→清理。

圖1 常見回轉體鍛件

圖2 精密鍛造一般模具結構圖

圖3 傳統(tǒng)普通工藝模具結構

精密鍛造一般模具結構如圖2所示。

普通鍛造工藝具有飛邊橋和倉部以容納多余鍛造金屬的工藝特點，所以模塊較大，如圖3所示。

而精密工藝沒有橋和倉部，所以模塊采取小型化、標準化，用標準鑲塊座、壓套或壓環(huán)，模具僅為小型的回轉體，加工和模具材料成本都大大降低，生產時裝配也很簡單快捷。并且還可以根據需要和加工能力采取鑲塊式結構，對終鍛上模采取肢解鑲塊式，大大降低了由于模具局部易損造成的模具消耗。

普通鍛造上下模之間并沒有防止錯差的鎖口，精密鍛造工藝的導程封料間隙僅0.2～0.4mm，既起到封料作用，還防止錯差，避免因錯差引起的停工臺時，提高了生產效率。

普通鍛造工藝具備連皮和飛邊的特征，在鍛造后續(xù)過程中需要切邊和沖孔，傳統(tǒng)工藝是采用切邊沖孔復合模，一個品種鍛件一套復合模，每套復合模價格在一萬元以上，見圖4a，而且在生產過程中要求操作者有較高調整技能，故障發(fā)生點較多，經常需要停工更換或修復模具，嚴重影響生產效率。精密鍛造工藝僅采用簡單沖孔模，見圖4b，多品種鍛件共用一套沖孔模體，一臺設備僅需一套沖孔模體，鍛件換品種僅需更換沖頭、沖孔座，模具的價格在2000元之內，且模具停工臺時大大降低。

圖4 不同鍛造采用的不同模具結構

原有普通鍛造工藝的特點：

⑴更換鍛件品種必須整體更換復合模，調整復雜，常常需要1h左右，且模具結構復雜，設計及加工成本較高。

⑵鍛件有飛邊，切掉的飛邊只能當作廢料處理，材料利用率低。

⑶鍛件易產生錯差和切邊毛刺，影響機加工。

精密鍛造工藝的特點：

⑴更換鍛件品種時只需更換沖頭、沖頭座，操作簡單，僅需10min，且模具結構簡單，通用性好，設計及加工成本都很低。

⑵鍛件沒有飛邊，材料利用率高。

⑶杜絕了錯差和切邊毛刺現象。

由此可見，精密鍛造的開發(fā)具有重要意義。

精密下料技術的開發(fā)及應用

普通鍛造對毛坯料是按長度公差控制，《毛坯料長度公差》見表1，該控制帶范圍較寬，普通剪床和帶鋸床下料就能夠滿足工藝要求。而精密鍛造對毛坯料的要求較高，不僅要求下料的端面斜度小，而且有重量公差要求，具體見表2。

■表1 普通鍛造毛坯料長度公差表

■表2 精密鍛造毛坯重量公差

精密模鍛的下料重量必須嚴格控制。如果重量超上差，損傷模具壽命，嚴重時可能導致模具爆碎；如果重量超下差，鍛件充不滿，造成鍛件報廢。因此，下料時須對一根料的首件稱重，過程中嚴格控制下料的端面斜度，并抽檢稱重。

由于精密模鍛需要定位準，因此，坯料端面要盡量沒有斜度，這樣也就夠保證下料長度，最終達到保證毛坯料重量的目的，滿足精密工藝的要求。

現在為了滿足精密工藝對毛坯料的要求，我們采用帶鋸床和全自動金屬圓鋸機下料，能夠很好地滿足精密鍛造的下料精度。

⑴帶鋸床下料。確定下料長度后，手動鎖緊定位機構。然后按一下夾緊按鈕，鋸床將會自動將棒料夾緊，準備鋸切。鋸切切口的平面度在鋸條正常使用時能控制在0.5mm之內。下料長度公差基本能控制到0.5mm范圍內，長度保證了，重量也就保證了。抽檢稱重時能達到100％合格率。完全能夠滿足精密鍛造對毛坯料的工藝要求。

⑵全自動圓鋸機見圖5，采用西門子觸摸屏，變頻無級調速，具有儀表顯示鋸切速度功能；冷卻系統(tǒng)采用空壓冷卻方式，切屑與切料分離；伺服電機送料，快速定位；工作時只需操作者先輸入下料信息，包括材質、規(guī)格和下料長度等，再根據這些信息選擇鋸片轉速、鋸片齒數、齒切厚、進給率、切削時間和循環(huán)時間。然后鋸床會自動上料，自動按照已輸入的長度切料，鋸切切口的平面度在鋸片正常使用時能控制在0.1mm之內，下料長度公差基本能控制在0.2mm范圍內。因此，抽檢稱重時能達到100％合格率。完全能夠滿足精密鍛造對毛坯料的工藝要求。

各類精密工藝的開發(fā)

差速器殼類鍛件

前殼-軸間差速器及后殼-軸間差速器鍛件精密工藝的成功開發(fā)解決了此種鍛件實現精密工藝的難題。此類鍛件采用精密鍛造尚無資料介紹！我們結合平鍛機逐步鐓粗的工藝方法經多輪模擬、研究才開發(fā)成功的。

精密工藝生產的前殼-軸間差速器鍛件見圖6。

圖5 全自動圓鋸機（P-100B）

圖6 前殼—軸間差速器精密鍛件

圖7 精密工步

圖8 普通工步

■表3 前殼-軸間差速器普通、精密工藝對比

圖9 后殼-軸間差速器精密鍛件

圖10 扁薄類鍛件工藝比較

如圖7、8所示，與普通工藝相比，采用精密工藝，材料利用率大幅提升，生產節(jié)拍也有較大提高，并且減少一道后序生產，節(jié)省一臺設備及模具，模具壽命較普通工藝提高100％以上，并且減少一名操作人員，企業(yè)增效盈利的貢獻非常顯著。

后殼-軸間差速器的精密工藝同樣帶來了很高的經濟效益。原材料耗重8.7863kg，精密耗重7.49kg，單件節(jié)省材料1.3kg，單件實現凈節(jié)約17.01元，若按年產3.6萬件計算，僅此一件，年凈節(jié)約就可以達到61.24萬元。精密工藝鍛件見圖9。

扁薄類鍛件

傳統(tǒng)扁薄鍛件都是普通鍛造工藝，具有連皮和飛邊的鍛造特征，隨著工藝技術的革新，扁薄鍛件也可采用精密鍛造工藝來生產，其優(yōu)勢有三方面：

⑴提高材料利用率，提高幅度可達5％～10％。

⑵提高生產效率，班產量由1200件/班提高到2000件/班。

⑶降低鍛造成本，材料規(guī)格減小了，能源消耗由天然氣加熱改為中頻加熱，節(jié)約150元/t。切邊模也由原來的復合模簡化為沖孔模。

扁薄鍛件的難點在于沖孔變形，由于傳統(tǒng)鍛造都是連皮置于中間，如圖10a所示，沖孔過程都是經歷光亮帶、剪切帶和撕裂帶。最終都是撕裂開來，鍛件變形嚴重。采用鍛件連皮置于沖孔一側時，如圖10b所示，撕裂過程較短，避免了沖孔鍛件變形。由于沖孔而導致鍛件變形的問題徹底得到解決。

扁薄鍛件連皮位置的設計在國內尚無介紹，國內類似問題同行采用設計補償方式解決。