法兰锻件闭式模锻工艺与模具研究

法兰锻件闭式模锻工艺与模具研究

于猛

中车大连机车车辆有限公司     辽宁大连   116045

摘要：本文针对铝合金法兰锻件闭式锻造技术，以改善其机械特性和锻造效果为目标，通过对法兰锻件等温锻造的加工流程进行研究，选取具有自主升温和温控功能的典型制品，并以该制品为对象，研究该法兰锻件闭式锻造技术和模具的设计方法，以期为该项目提供一定的理论依据和技术支持。

关键词：法兰锻件；闭式模锻工艺；模具

法兰件是管线连接的一种，由于它易于拆卸和安装，因此在建筑，化工，给排水，石油，消防，暖通，造船等领域得到了越来越多的应用。利用闭式锻压成型技术实现中、小型法兰零件的精确加工，不仅节约了原料，而且具有优良的锻造特性，在规模化加工时具有“更精、更洁净、更节约”的优点。以1Cr18Ni9型不锈钢为材料，通过对产品结构、质量要求、生产批量及成型特征等方面的全面分析，为提高企业的市场竞争能力，提出了利用闭式锻压成型法兰锻件的方法。

1.闭式模锻工艺概述

闭式模锻是一种最先进的锻造方式，在机械装备、军事装备、航空航天、船舶等工业领域得到了广泛的使用，其主要特点是：模具锻件质量稳定，组织细小，综合性能好，锻件一致性好，废品率低，原材料利用率高，后续机械加工时间短，尤其适合对高质量、高组织的锻件进行精密锻造。封闭式锻造技术的一个重要特征就是其工作过程中，其工作过程中所用到的模具和工件的工作温度大致一致，所以对其进行了相应的加热和控制。本课题以1Cr18Ni9材料为研究对象，通过对产品结构、质量要求、生产批量及成型特征的全面研究，为提高企业的市场竞争能力，提出了利用闭式锻压成型法兰锻件的方法。

2.工艺性分析

法兰部分法兰端面的最大内径为140毫米、高度55毫米、内孔口径为50毫米，经过分析，其总容积为287950立方米，质量为2.25公斤。如果用直径为φ145 mm*60 mm的棒材进行直接切割，其物料利用率只有29.1%，需要大量的机械设备来进行加工。在此基础上，提出了一种基于锻压+切割的方法，即通过锻造成形+切割的方法来实现。同时，由于法兰锻件的体积很小，可以通过使用普通的锻造装备——摩擦螺旋压机进行锻造，从而可以使制造费用得到更大的改善。法兰零件的制造工艺按下料、去毛坯、热成形、冲压成形、预热处理、机加工、最后的热处理等步骤进行。

3.制定闭式模锻工艺

3.1制定锻件图

针对法兰零件的结构特征，采用剩余零件填充法兰上螺纹孔及端面的密封槽，脱模表面采用法兰端面。在法兰零件图尺寸的基础上，采用封闭式锻造技术，选择了2.5 mm的机加工余量，型面尺寸锻造上下偏差分别为+2.0毫米和-0.6毫米，高度尺寸锻造上下偏差分别为+1.2毫米和-0.8毫米，锻造坡度5度，冲压连板的厚度为10 mm。法兰上8个φ14孔，下端为6毫米*4毫米的环状密封槽，因其规格太小，不能锻造，用多余的废料填充，再进行切割处理而成；采用下端高度5 mm的凸台进行锻造，以充分发挥闭式锻工艺的优点，减小了切削余量。该模具的分型面位于法兰上部，经过加工余量、锻造公差和冲孔连边等因素的影响，最终得到的模具总容积为371951mm3。根据冷锻图纸的大小，添加收缩系数，得到一张用于计算设备吨位，设计锻造模具及生产所需的热锻件图。

3.2毛坯尺寸的确定

法兰锻造属于饼片式锻造，其原材高径比应该在1.25-2.5之间，毛坯的外形和尺寸按照文献中的公式进行了计算，在毛坯容积为371951mm3的情况下，经过对毛坯进行了圆形加工，将毛坯的大小定为75毫米。这样，就可以获得直径为φ75×84.2 mm的圆形棒料。为了确保下料精度，采用了水平带锯床下料。采用液压机向毛坯施以静压，以静压成形，并以框架自身承担形变阻力，实现无噪声、无振动，从而实现了对铸模的高效控制。

3.3模锻设备的选择

由于其打击行程随着锻造体的变形力而发生改变，可以实现多次冲击，且具有推出机构，所以该方法特别适用于摩擦压机。

3.4加热方法和加热规范

法兰材质为1Cr18Ni9，锻打温度为1160—900摄氏度，锻打260摄氏度和1170摄氏度至1200摄氏度之间。该系统具有加热速率快，氧化脱碳少，整体效率高的特点。

3.5辅助工序

1Cr18Ni9具有良好的塑性，但是在高温下极易发生黏膜现象，因此，为降低铸模的损耗，确保锻造过程中，需要添加适量的润滑油，该润滑油是按照1∶（20-40）的体积比例配置的，在感应加热之前，先对坯料进行干式滚筒清洗，通过锯屑等与坯料的摩擦效应，除去坯料所有的氧化层，将坯料所有的边缘都去除，并且将坯料的边缘和边缘都磨得很粗糙，并且在模腔的表面上进行均匀的喷射，这样就方便了模锻。

4.模具工作原理

法兰锻造封闭模的模框使用1600吨的摩擦螺纹压机的标准模架，下模2和后挡板7和倾斜板5之间以一个倾斜15度的斜坡相配合，并且通过倾斜板的弯曲楔块和下模底座6

的倾斜凹槽（倾斜度10度）相匹配（倾斜度10度），然后通过螺栓4将下模具固定到下模具底座上。为了横向固定并调节下模具，使用了侧壁9和螺丝10。上模具1和上模具底座的安装方法相同。上下模座通过螺钉固定于冲床及台面上。所述导柱及所述导筒为导引及定位机构，用以将所述上模具与所述下模具之中心对准。闭式锻造是将一块毛坯置于一块下模孔中，由一块由油压驱动的移动横梁向下挤压，一块毛坯以一种较大的速度被挤压到一块，并在此过程中使一块原石填满该模腔，从而使该上块与该下块相接触。模具通过顶块10被顶出模具9的推力从下部模具型腔中推出，从而完成了锻造工艺。

结束语：

综上所述，采用闭式锻压成形工艺，对1Cr18Ni9法兰锻造件进行精密成形及热处理，其各项指标均满足产品设计的指标。采用1Cr18Ni9法兰锻件闭式锻造技术，可使其大量投入使用，降低了制造费用，并获得较好的效益。1Cr18Ni9法兰锻件闭式锻造模具备自动升温、温控等功能，确保了1Cr18Ni9法兰锻件的成型过程平稳，既提高了材料的利用率，又降低了生产效率，降低了生产成本，为其他相似构件的生产提供了借鉴。

参考文献

[1]王小红,张发廷.法兰盘锻件自由锻锤-摩擦压力机联合闭式模锻工艺研究[J].热加工工艺, 2022(05):144-147.

[2]陈贺俭.法兰叉闭式模锻成形工艺及其模具研究[J].燕山大学,2021(07):258-261.

[3]JIANG Ronghua.无飞边闭式胎模锻新工艺[J].锻压装备与制造技术,2020(01):145-148.