安裝法蘭鍛造工藝及模具設計

孫建華

安裝法蘭是工程機械液壓缸關鍵受力部件，必須具有較好的綜合力學性能，才能滿足工程作業過程中的很大負荷，否則，作業過程中一旦出現質量問題，將造成很大安全事故及不可估量的經濟損失。經分析，采用模鍛件制造該產品是比較合理的選擇。

1.產品特性分析

產品零件如圖1所示，材質為35鋼。為便于分析，把該產品分為上下兩部分，上半部分稱為頭部，下半部分稱為頸部。頭部為扁平長方形，特點是面積大、厚度很薄；頸部為圓筒形狀，特點是孔大、頸高、壁薄。根據產品特性分析，可看出該產品鍛造難度較大。

2.鍛造工藝性分析

（1）常規鍛造工藝設計 根據該產品特性，其最大截面在頭部，所以分模線位置選取在頭部厚度尺寸38mm的中心位置是比較合理的，鍛件如圖2所示。由于頸部壁薄，內孔大且深，成形難度較大，所以頸部放在上模。上模型腔窄且深，如圖2中A部位，成形較困難。

為保證鍛件飽滿成形及順利出模，應盡量減小上模凸臺高度尺寸，所以內孔設計為盲孔；法蘭頭部設計在下模，為了放料穩定，下模內孔凸臺也盡量設計低一點，不要超過分模線；為能順利脫模，上模內外拔模斜度都稍大一些，內斜度為10°，外斜度為5°。

鍛造工藝流程：下料→加熱（天然氣加熱爐）→鐓粗（10kN空氣錘）→成形（25MN摩擦壓力機）→切邊（3150kN切邊壓力機）。

按照常規設計，鍛件凈重約43kg，從圖2中可以看出，由于沒有沖孔，中間連皮很厚，同時由于拔模斜度較大，鍛件不但要消耗很大一部分材料，且給后續機加工帶來很大困難，這樣就大幅增加了產品制造成本。

（2）復合擠壓工藝設計 為減輕鍛件重量，結合我公司具體設備條件，經分析，決定采用復合擠壓工藝對鍛件進行改進，如圖3所示。

經改進的鍛件屬于高轂深孔復雜鍛件。頭部厚度與最大尺寸比為0.13（＜0.2）；頸部為薄壁圓筒形，因此該鍛件為復雜件，復雜系數S4，鍛造難度較大。

圖1 產品零件

圖2 鍛件常規設計

該產品難度主要是頸部成形，分模線選取在法蘭頭部尺寸38mm的中心位置，頸部放在下模，法蘭上半部分在上模；為保證頸部成形飽滿，下模內孔凸臺取40mm；如果此尺寸太小，上沖頭凸出部分相應就要高一些，反擠深度就會加大，這樣會加大成形難度，經綜合考慮，上模沖頭凸出部分高度設計為113mm。

為了既保證鍛件能從下模順利脫模，又能保證鍛造時鍛件和下模之間有一定的摩擦力，阻止沖頭拔出時，鍛件不會和沖頭一起被拔出來，保證鍛件不會粘在沖頭上，頸部外斜度取2°，內斜度取5°。內孔設計時，為了減小由于毛坯上表面不平帶來的側滑力，底部設計一φ100mm圓臺；另外，為了保證鍛造時沖頭底部金屬向上流動通暢，避免造成內孔折疊缺陷，在φ100mm向外設計成30°向上斜角，同時內孔底部圓角加大。

該鍛件下料采用φ150mm材料。下料重量為35kg，毛坯尺寸為φ210mm×125mm。

鍛造工藝流程：下料→加熱（天然氣加熱爐）→鐓粗（1t空氣錘）→成形（25MN摩擦壓力機）→沖孔（3150kN切邊壓力機）→切邊（3150kN切邊壓力機）。

3.模具設計

鍛模結構設計如圖4所示，模架為矩形組合式，采用導柱導向。鍛模采用圓形鑲塊結構，采用斜楔緊固。由于鍛件在下模部分深度較深，出模較困難，因此采用下頂料。上模沖頭由于鍛打時受力狀況較惡劣，磨損很嚴重，需經常修理，因此采用組合式結構，當沖頭磨損嚴重時，可快速更換，這樣既節省換模時間，實現快速換模，提高生產效率，又可大幅延長模具壽命，降低模具費用。

4.鍛造過程注意事項

鍛造過程中，應注意：

（1）在坯料鐓粗過程中，應盡量使上、下兩端面平整，否則，擠壓過程中，與端面接觸的表面會使沖頭產生側向力，從而使沖頭受力狀況更加惡劣。

（2）擠壓前，一定要把氧化皮清理干凈，否則，由于下面型腔很深且局部很窄，氧化皮會聚集在下面根部很難清理出來，同時由于氧化皮聚集在底部，會造成高度方向加工余量不足而產生廢品。

（3）擠壓時，先要在坯料上平面心部撒一些木屑，木屑燃燒時會在坯料和沖頭間產生氣體，幫助沖頭和鍛件順利脫離，否則鍛件會因向上流動的金屬溫度降低而緊緊抱住沖頭，結果造成沖頭迅速升溫而報廢。

5.結語

安裝法蘭鍛件采用復合擠壓成形，和常規模鍛設計相比，單件節省材料27.9%達12kg，批量生產可節約大量鋼材；同時由于鍛件加工余量小，機加工工時大幅降低，生產效率大幅提高，產品成本綜合成本降低30%以上，取得了較大經濟效益。

圖3 鍛件改進設計

圖4 模具結構