法蘭類鍛件漏盤上自由成形規(guī)律研究及應(yīng)用

陜西秦川機(jī)床工具集團(tuán)有限公司 （寶雞 721009） 羅 震 胥禮強(qiáng)

一、問題的提出

對(duì)于單件小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，由于產(chǎn)品多樣性，在鍛件生產(chǎn)過程中，應(yīng)用了大量專用工裝模具，而其中占比例最大的是法蘭類，這些專用模具使用率很低，一般對(duì)應(yīng)的零件每臺(tái)只有一件，增加了產(chǎn)品成本。在不降低材料利用率，保證鍛件性能的前提下，如何避免大量使用專用模具或提高模具使用率，使產(chǎn)品成本降低，通過對(duì)法蘭類零件成形特點(diǎn)的研究，找出了既不增加法蘭類鍛件余塊，又能避免大量使用專用模具的方法：法蘭類零件通用漏盤上自由成形法。

二、法蘭類零件的成形研究

法蘭類零件分為空心法蘭和實(shí)心法蘭，如圖1所示。下面將法蘭在通用漏盤上自由成形分別予以研究。

圖1

1.實(shí)心法蘭模具成形

實(shí)心法蘭的通用漏盤成形就是根據(jù)法蘭特點(diǎn)選用與之相應(yīng)的通用漏盤，在通用漏盤上自由成形凸緣部分。根據(jù)下料毛坯特點(diǎn)，分為3類：局部鐓粗成形、鐓擠成形和拔長(zhǎng)－鐓粗成形。

（1）局部鐓粗成形 以法蘭凸臺(tái)直徑為下料直徑，將料插入漏盤孔直接鐓粗形成法蘭凸緣部分，凸臺(tái)部分不參與變形。成形過程示意如圖2所示。

圖2

凸緣部分由坯料直接鐓粗而成，故凸緣部分下料長(zhǎng)度應(yīng)滿足鐓粗條件，高徑比不大于2.5，即H2/d≤2.5，根據(jù)體積不變?cè)韯t有 （D2H）/d3≤2.5，即（D/d）2（H/d）≤2.5，該式即為法蘭件漏盤上局部鐓粗條件。漏盤上局部鐓粗成形法蘭，只需選擇內(nèi)孔直徑與法蘭凸臺(tái)直徑相同的漏盤，漏盤厚度只要不小于凸臺(tái)高度即可。而漏盤外徑只要不小于法蘭凸緣直徑。同時(shí)，由于凸緣部分為自由鐓粗，不用考慮角部充滿問題。

（2）鐓擠成形 在凸緣部分鐓粗成形的同時(shí)，一部分金屬擠入模孔形成凸臺(tái)，成形如圖3所示。

變形過程中，金屬分為鐓粗區(qū)和擠壓區(qū)，兩區(qū)間存在一個(gè)分流面DX

式中μ——漏盤表面摩擦因數(shù)；

μ0——漏盤孔壁摩擦因數(shù)，一般為0.3～0.5。

要想增大擠入體積，必須增大DX，在h、d不變時(shí)，增大D減小H可以增大DX，同時(shí)增大μ、減小μ0也可以增大DX。

自由鐓擠的力學(xué)狀態(tài)比較復(fù)雜，現(xiàn)行計(jì)算方法還很難確定其適用范圍，目前僅能以試驗(yàn)粗略作出其適用范圍。注意事項(xiàng)：①鐓擠毛坯選擇。依據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)一般選取：毛坯高度H0/d=1.5～3或毛坯直徑D0≥（1.2～1.5）d，D0太小時(shí)，DX接近D0，鐓粗區(qū)只有一薄層金屬往外流，這樣坯料底面易行成蘑菇形，最終形成夾層。②圓角半徑R。漏盤的圓角半徑R太大，則d+2R＞D0時(shí)，坯料放不穩(wěn)，易放偏，同時(shí)圓角外鐓粗層金屬較薄，易彎曲上流形成夾層，故R≤（0.05～0.15）d在3～10mm之間，R太小易損傷鍛件。③漏盤內(nèi)孔斜度。斜度大成形后出模容易，但主要是凸臺(tái)能否充滿的問題，一般凸臺(tái)不易充滿，為便于充滿，盡量使模壁不帶斜度。為保證鍛件尺寸選用漏盤時(shí)應(yīng)有一定余量，即H漏盤=h+（2～5）mm。

圖3

（3）拔長(zhǎng)－鐓粗成形 對(duì)于不符合局部鐓粗條件，而凸緣厚大，凸臺(tái)細(xì)長(zhǎng)件，鐓擠又不能擠到凸臺(tái)高度，則采用凸臺(tái)拔長(zhǎng)，凸緣鐓粗工藝。

采用此工藝時(shí)，凸緣仍需滿足鐓粗條件，而凸臺(tái)則應(yīng)滿足拔長(zhǎng)條件，即凸臺(tái)部分體積（π/4）D2L應(yīng)滿足拔長(zhǎng)分段長(zhǎng)度大于1/3坯料直徑，即L坯/D坯≥1/3。拔長(zhǎng)后放入模具完全同局部鐓粗工藝成形過程。

2.實(shí)心法蘭成形范圍曲線繪制

如圖4所示，由曲線可看出，這3種工藝相互補(bǔ)充，當(dāng)達(dá)到一種成形極限時(shí)，恰好符合另一種方法。在臨界狀態(tài)要注意分析選用。

圖4

3.空心法蘭漏盤成形分析及制坯尺寸確定

空心法蘭也可以用通用模具成形，現(xiàn)主要闡述漏盤成形的具體問題。空心法蘭漏盤成形就是在漏盤上制定實(shí)心毛坯、出模、沖孔，成為空心法蘭。主要問題是制坯尺寸的確定，制坯工藝已轉(zhuǎn)化為實(shí)心法蘭成形。

由體積不變?cè)碇溃号髁象w積應(yīng)等于鍛件體積。沖孔時(shí)凸緣部分高度幾乎沒有變化，即H≈H緣，即

沖孔時(shí)，凸臺(tái)雖有一些鐓粗及拉縮，暫且不計(jì)則有

對(duì)沖孔時(shí)鐓粗及孔口拉縮予以補(bǔ)正，試驗(yàn)得補(bǔ)正量（5%～10%）H凸臺(tái)，即有

由以上公式就可以確定空心法蘭制坯尺寸。

三、結(jié)語

通過十幾年通用漏盤成形法蘭類零件應(yīng)用，證明此工藝是完全可行的。以通用漏盤成形法蘭類鍛件滿足了鍛件質(zhì)量要求，與模鍛件法蘭相比，材料利用率幾乎沒變化，大幅減少了模具數(shù)量，縮短了鍛件周期，節(jié)約了模具儲(chǔ)存空間，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了通用工裝的利用率。通過十幾年的應(yīng)用，可減少模具數(shù)百套，節(jié)約資金數(shù)十萬元，大幅降低了產(chǎn)品成本。