淺談如何通過合理的制坯來提高杠桿類鍛件的材料利用率

劉虹 陳常祿 丁榆城

摘 要：面對當前日趨激烈的市場競爭，通過內挖潛力助力企業降本增效是設計人員應盡的義務和必須承擔的責任。在鍛件的生產過程中，制坯是負責使坯料的材料分布比棒料更接近預鍛件的材料分布，合理的制坯方案會降低預鍛件的充填難度、提高鍛件的充填質量，從而提高材料利用率。

關鍵詞：制坯;材料利用率;鍛件;模擬

鍛造生產工藝過程中，制坯的目的是使坯料比原始毛坯更接近鍛件的形狀，為毛坯進一步變形做好準備，同時也節約了原材料【1】。對于不同的鍛件，制坯模分料時的方法有所不同，但是原則都是分料后使坯料的材料分布比棒料更接近預鍛件的材料分布，就是制坯要有預成型的功能。應用預成形設計，可以改善坯料在模膛中的充填順序，提高鍛件內的變形均勻性及組織性能均勻性，從而有效控制和優化鍛件質量【2】。下面以我們的一個杠桿產品為例，淺談如何根據鍛件的材料分布特點做對應的制坯方案的設計。

1.杠桿簡介

杠桿類產品的特點是桿部和端部截面積差別很大，所以為了節約材料，設計鍛模時一般都采用圖1這種大頭對大頭、一模兩腔的形式布局，而且會在預鍛模上、鍛件桿部外側設阻料槽。但是，即使這樣，這類鍛件的材料利用率一般是72%左右。這時，制坯工藝的設計就顯得尤為重要。圖1是一個杠桿的大概尺寸和截面積分布圖。

圖1所示的杠桿，單件重2.04kg，鍛件所用材料：SAE4032，單個鍛件的最大包絡尺寸：155.2*138*52.2。一模兩腔布局時，則熱鍛件的最大包絡尺寸是：301.3*157.5*53.2。熱鍛件投影面積：

17208 mm?，橋部投影面積：39096 mm?。因為預鍛模在杠桿的桿部外側設有阻料槽，所以橋部投影面積比普通的熱鍛件輪廓向外放大個橋部寬度要大。鍛造時棒料加熱溫度：1200°C，鍛造設備：2500T熱模鍛。鍛模設計時橋部厚度4MM，橋部寬度：11MM.這個杠桿的截面積分布如表1所示，特點是兩端截面積小，中間截面積大。中間部分截面積是鍛件桿部頂端截面積的大約17.6倍，截面積小的地方是桿部頂端。

2.制坯工藝設計和分析

這類杠桿，一般的鍛造工藝過程如圖2所示：鐓粗—壓扁—預鍛—終鍛。這個杠桿鍛造時，因為其大頭對大頭的布局，所以中間需要多存料，制坯的第一步必須是中間鐓泡。因為要保證鐓粗時不超鐓鍛比太多，所以棒料直徑就不能太小。則而桿部前端只需要直徑不到 30的棒料，結果就是桿部的材料利用率很低。為了保證預鍛時桿部頂端的充填，則預鍛前坯料的總長不能低于230，所以總的材料利用率也就比較低。

為了解決桿部材料利用率低的問題，我在鐓粗制坯后壓兩次扁，而且兩次壓扁都帶型腔，如圖3所示：

為了更清晰直觀的說明問題，下面用表格的形式來對比兩種制坯方案對應的模擬結果有什么不同。

兩個方案的數據對比及分析：

表4兩個方案的模擬結果說明：制坯過程兩次壓扁的方案使桿部的飛邊寬度從75減小到45，厚度從8.8減小到4.3，兩個鍛件共節約材料0.56kg，材料利用率提高了7.2%。按年產量30萬件、SAE4032直徑?55的棒料每噸6000元計算，每年可節約材料84噸，合計人民幣50.4萬元，經濟效益相當可觀。

從對比模擬結果可以看出，第二個制坯方案有以下優點：A.高材料利用率;B.低預鍛件的充填難度，提高鍛件的充填質量，降低鍛件的廢品率;C.低設備載荷，延長設備壽命，節約能源和降低生產成本;D.優化鍛件流線，提高鍛件的組織性能。

3.結束語：

每個鍛件都有它自身的特點，制坯模設計要做到精細化，要有針對性的去解決問題。有了這個觀念、沿著這、個思路，我通過優化制坯，把我們公司的杠桿類產品的材料利用率普遍提高了5%左右，順利完成了我們科室每年降本增效400萬的任務。助力企業在人工、材料、能源等各方面成本日趨增加，而客戶又有價格年降5%，導致老產品越干利潤越薄的情況下仍然保證了企業有一定的利潤空間。

參考文獻

[1] 洪慎章，《實用熱鍛模設計與制造》【J】機械工業出版社

[2] 周玉婷，《某飛機主起支撐接頭鍛件的鍛造工藝分析及預成型優化設計》（畢業論文）