模鍛

在模鍛錘或壓力機上用鍛模將金屬坯料鍛壓加工成形的工藝。模鍛工藝生產效率高，勞動強度低，尺寸精確，加工餘量小，並可鍛制形狀複雜的鍛件；適用於批量生產。但模具成本高，需有專用的模鍛設備，不適合於單件或小批量生產。

1 由於有模膛引導金屬的流動，鍛件的形狀可以比較複雜。

2 鍛件內部的鍛造流線按鍛件輪廓分佈，從而提高了零件的力學性能和使用壽命。

3 操作簡單，易於實現機械化，生產率高。 ^[1] 

根據設備不同，模鍛分為錘上模鍛，曲柄壓力機模鍛，平鍛機模鍛，摩擦壓力機 ^[2]  模鍛等。錘上模鍛所用的設備為模鍛錘，通常為空氣模鍛錘，對形狀複雜的鍛件，先在制坯模腔內初步成形，然後在鍛模腔內鍛造。按鍛模結構分類：鍛模上有容納多餘金屬的毛邊槽的，稱為開式模鍛；反之，鍛模上沒有容納多餘金屬的毛邊飛槽的，稱為閉式模鍛。由原始坯料直接成型的，稱為單模膛模鍛。對形狀複雜的鍛件，在同一鍛模上需要經過若干工步的預成型的，稱為多模膛模鍛。 ^[2] 

精密模鍛是在模鍛基礎上發展而來，能夠鍛造一些複雜形狀，尺寸精度高的零件，如：錐齒輪，葉片，航空零件等。

模鍛用的鍛模，由上下兩個模塊組成，模膛是鍛模的工作部分，上下模各一半。用燕尾和楔固定在錘砧和工作台上；並以鎖釦或導柱導向，防止上下模塊錯位。金屬坯料按模膛的形狀變形。

模鍛的工序為製坯、預鍛和終鍛。終鍛模的模膛是按鍛件的尺寸、形狀，並加上餘量和偏差確定的。模鍛一般分開口模鍛和閉口模鍛兩種：開口模鍛的模膛周圍有毛邊槽，成形後多餘的金屬流入槽內，最後將毛邊切除；閉口模鍛只在端部有很小的毛邊，如果坯料精確，也可以不出毛邊。 ^[2] 

HXN5型機車是某機車公司與美國GE公司合作研發的大功率內燃機車，作為柴油機關鍵零件之一的連桿，均為進口，價格昂貴。該公司於2012年引進德國米勒—萬家頓公司生產的PZS系列22000噸電動螺旋壓力機，並對HXN5型機車柴油機連桿實行國產化。零件實體圖，如圖1所示。 ^[3] 

該連桿採用42Cr Mo A合金鋼製造，鍛件為帶工字型截面的長軸類零件，外形和杆身在模鍛後不加工，這樣可以獲得緊密的連桿表面組織，提高連桿的表面強度，而且可以省去連桿的粗加工工序，簡化連桿的工藝流程，降低生產成本，這對連桿的模鍛工藝提出了很高的要求。

1 HXN5連桿鍛件工藝分析

如圖1所示，連桿模鍛件屬於長杆類異型鍛件，杆身相對簡單，鍛件小端存在高度落差，大端與杆身軸線夾角較大，大小端重量有較大相差，為了使材料使用更經濟合理，應該在鍛造前進行製坯，使連桿件在鍛造時更易成型。

2 HNX5連桿模鍛工藝設計

根據模鍛件的特點，整個模鍛工藝要解決的關鍵問題是：①進行合理分料，形成適宜於模鍛的毛坯；②在22000噸電動螺旋壓力機上模鍛時，合理設置打擊點及打擊能量。

模具是影響模鍛件尺寸精度最直接的因素，根據鍛件結構設計確定連桿的鍛模，如圖2所示，採用橫縱向方形封閉式鎖釦，減少錯移。模具選材5Cr Ni Mo，熱處理硬度HRC44~48，模膛粗糙度為1.6，其餘3.2。 ^[3] 

法蘭件作為管道接頭，因其具有拆裝靈活等優點，所以廣泛被應用於建築、化工、給排水、石油、消防、水暖、造船等領域。採用閉式模鍛工藝來精密成形中小尺寸法蘭件，可以節省材料，且鍛件性能良好，在批量生產中，顯示出“更精、更淨、更省”的優勢。

一種1Cr18Ni9不鏽鋼材質的用於輸送低壓氣體的化工管道用法蘭零件，經對產品結構、質量要求、生產批量和成形特點等因素進行綜合分析後，提出採用閉式模鍛工藝來成形此法蘭鍛件，以獲得較好的經濟效益和社會效益，增強企業的市場競爭力。

1工藝性分析

法蘭零件圖如圖3所示，凸緣部位直徑最大為Φ140mm，全高55mm，中心孔徑Φ50mm，經計算零件的體積為287950mm³，質量為2.25kg。如採 用Φ145mm×60mm的棒料直接切削加工，材料利用率僅為29.1%，加工量較大。由於生產批量較大，為了降低生產成本，對該零件採用模鍛製坯+切削加工來生產是較好的製造工藝。再考慮到零件尺寸較小，可採用閉式模鍛工藝，在常用的鍛壓設備摩擦螺旋壓力機上精密成形法蘭鍛件，可進一步降低生產成本。

本法蘭件的生產工序流程為：下料→毛坯清理→加熱→閉式模鍛→衝連皮→預先熱處理→機械加工→最終熱處理。 ^[1] 

2制定閉式模鍛工藝

制定鍛件圖

凸緣上均布的8個Φ14孔和下端部環形密封凹槽6mm×4mm，由於尺寸較小，無法鍛出，用餘塊填補，後期切削加工得到；為了體現閉式模鍛技術優勢，減少加工餘量，下端部高5mm的凸台模鍛成形。分模面取在凸緣上表面，考慮機械加工餘量、鍛造公差、衝孔連皮後，繪製如圖4所示冷鍛件圖，經計算其體積為371951mm³。

在冷鍛件圖的尺寸基 礎 上，加上收 縮率，形成熱鍛件圖，以供設備噸位計算、鍛模設計和製造使用。 ^[1] 

3 模具工作原理

法蘭鍛件的閉式模具結構如圖5所示，模架採用1600t摩擦螺旋壓力機的標準模架，下模2與後擋板7、斜面壓板5，依靠斜度為15°的斜面裝配，並由斜面壓板的彎頭斜楔與下模座6的斜面槽配合（斜度為10°），通過擰緊螺釘4，下模即被固定在下模座上。

側牆板9和螺釘10用於下模的側向緊固和調整。上模1與上模座固定方法同上。上、下模座分別用螺栓緊固在壓力機的滑塊和工作台面上。導柱和導套是導向和定位裝置，引導上模與下模的中心對正。在進行閉式模鍛時，將坯料放在下模膛內，上模隨着壓力機滑塊下移對坯料施加壓力，坯料以鐓粗壓入的方式充滿模具型腔，上模與下模打靠時，坯料剛好充滿模具型腔。模鍛件利用頂杆8被頂出，鍛造過程結束。 ^[1]