現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓氣機(jī)葉片及組件多數(shù)采用TC8M-1 鈦合金材料制造，部分小型結(jié)構(gòu)件因體積小巧，難以數(shù)控機(jī)加，在鍛件生產(chǎn)中對(duì)形狀和尺寸都有較高的要求，圖1 為我公司承制某型發(fā)動(dòng)機(jī)鍛件。
該鍛件兩端圓柱體尺寸為φ 11.5mm，中間連皮結(jié)構(gòu)厚度僅為1.6mm，截面積變化較大，并且采用折線分模結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的鍛造生產(chǎn)該鍛件的工序是：材料復(fù)驗(yàn)→下料→預(yù)鍛→終鍛→機(jī)加毛邊→熱處理→溫校→理化檢測(cè)；在模鍛錘或鍛壓機(jī)上通過(guò)預(yù)鍛及終鍛鍛打成形，在銑床上機(jī)加去除毛邊經(jīng)熱處理后，此時(shí)鍛件翹曲1 ～ 2mm，再通過(guò)溫校工序保證鍛件的形位尺寸及精度要求。
這種傳統(tǒng)工藝工序的不足之處是：
⑴終鍛后傳統(tǒng)切邊模具設(shè)計(jì)無(wú)法滿足鍛件切邊質(zhì)量。該鍛件中間連接的連皮尺寸為1.6-0.2mm，厚度薄，精度高，在出模過(guò)程中不僅容易產(chǎn)生翹曲，尺寸也不易控制，出現(xiàn)超差缺陷。如若終鍛后使用普通的切邊方式，因鍛件本身帶有翹曲，切邊時(shí)無(wú)法平穩(wěn)放置在切邊刃口上，切邊過(guò)程中沖頭對(duì)鍛件的切邊力因過(guò)大及不均勻會(huì)導(dǎo)致折線位置發(fā)生嚴(yán)重的變形，使得普通切邊鍛件折線位置尺寸完全得不到保證。
⑵機(jī)加去除毛邊困難大。該鍛件本身尺寸小，難以采用數(shù)控加工，連皮部位厚度僅為1.6mm，與鍛造模具的毛邊橋部尺寸1.6mm 一致。在機(jī)加前需要經(jīng)劃線確定鍛件尺寸，同時(shí)銑刀去除毛邊過(guò)程極易銑到鍛件本體，致使鍛件報(bào)廢。
⑶溫校增加鍛件殘余應(yīng)力。為不影響鈦合金的組織性能，鈦合金鍛件溫校通常采用溫度為二次退火溫度下40 ～ 50℃，約480℃左右。在溫校工序中，因鍛件連皮尺寸薄，出爐后轉(zhuǎn)移過(guò)程中散熱快，溫度下降迅速，溫校實(shí)際溫度較低，導(dǎo)致溫校過(guò)程增加鍛件殘余應(yīng)力，影響后續(xù)的零件加工和使用。
⑷工序繁多，成本高。傳統(tǒng)工藝方案工序繁多，生產(chǎn)效率低，對(duì)員工操作的依賴程度高，對(duì)人力物力的浪費(fèi)嚴(yán)重同時(shí)，產(chǎn)品的廢品率也居高不下。
工藝改進(jìn)
本設(shè)計(jì)的目的在于改善該鍛件低下的生產(chǎn)率、合格率，提供一種切邊校正復(fù)合的新工藝方法，對(duì)鍛件出模過(guò)程和切邊過(guò)程產(chǎn)生的翹曲進(jìn)行校正，并解決鍛件在切邊過(guò)程中產(chǎn)生的拉毛刺現(xiàn)象。通過(guò)陰模頂型的定位，使鍛件平穩(wěn)放置；通過(guò)彈簧給壓邊圈施加壓力壓緊毛邊，保證鍛件在切邊過(guò)程中不再錯(cuò)動(dòng)，切邊后鍛件不再產(chǎn)生拉毛刺和過(guò)切的缺陷；陽(yáng)模頂型與陰模頂型通過(guò)模具的準(zhǔn)確定位，對(duì)鍛件施加鍛打力，對(duì)鍛件進(jìn)行校正。圖2 為切邊校正復(fù)合模具三維視圖
1- 陰模頂型彈簧 2- 彈簧導(dǎo)向柱 3- 壓邊圈導(dǎo)向螺栓 4- 陽(yáng)模擋板 5- 陽(yáng)模固定板 6- 陽(yáng)模 7- 壓邊彈簧 8- 壓邊圈 9- 陰模 10- 陰模頂型
模具設(shè)計(jì)
壓邊力計(jì)算
模具的壓邊圈起到將鍛件的毛邊壓實(shí)和回程后將壓邊圈保持在相同的位置，查詢相關(guān)技術(shù)資料沒(méi)有對(duì)壓邊力的規(guī)定，按我公司的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，保證彈簧壓力為切邊力的1/10 ～ 1/5，保證模具安裝后彈簧受壓10% 左右即可。
陰模頂型彈力計(jì)算
鍛件校正力等于陰模頂型彈簧彈力之和，為保證鍛件校正工序正常進(jìn)行，切邊陰模頂型彈簧力必須足夠，該項(xiàng)模具所需的彈力P1 可按下公式計(jì)算：P1=2×σb×S ≈ 50kN（式中：σb- 切邊溫度下的材料強(qiáng)度，S- 校正面積）。
切邊力計(jì)算
該項(xiàng)模具所需的切邊力P 為切邊抗力與最大陰模頂型彈簧的彈力之和，即P=2×2.0×σb×F+P1 ≈ 150kN（式中：σb- 切邊溫度下的材料強(qiáng)度，F(xiàn)-剪切面積，S- 校正面積）。
鍛造過(guò)程
優(yōu)化生產(chǎn)工藝后，主要工序?yàn)椋翰牧蠌?fù)驗(yàn)→→預(yù)鍛→終鍛→切邊校正→熱處理→理化檢測(cè)。下面主要介紹切邊校正復(fù)合模具的工作原理，具體如下：
⑴鍛件放置在切邊陰模上，切邊陰模頂型與鍛件相配合，保證鍛件平穩(wěn)的放置在陰模刃口內(nèi)；⑵設(shè)備錘頭向下運(yùn)動(dòng)，模具的壓邊圈將鍛件的毛邊壓實(shí)，此時(shí)壓邊圈壓力受壓增大，彈簧壓力保證鍛件在切邊過(guò)程中不再錯(cuò)動(dòng)，該過(guò)程在陽(yáng)模接觸鍛件結(jié)束；⑶陽(yáng)模接觸鍛件后，隨著錘頭繼續(xù)下壓，陽(yáng)模開始推切鍛件，陰模頂型彈簧開始受壓，該過(guò)程至切邊結(jié)束；⑷鍛件切邊結(jié)束后，隨著錘頭繼續(xù)下壓，彈簧壓力逐漸增大，陰模頂型與陽(yáng)模開始對(duì)鍛件進(jìn)行校正，至錘頭回程。
工藝改善后的結(jié)果
經(jīng)過(guò)采用以上所述的工藝改善后，該設(shè)計(jì)達(dá)到了以下有益效果：
⑴由于在裝置中設(shè)計(jì)了陰模頂型和壓邊圈，使鍛件平穩(wěn)放置，壓邊圈在切邊過(guò)程中緊緊壓住毛邊，使鍛件受力均勻，大大減少了鍛件的變形量。⑵由于在裝置中設(shè)計(jì)了導(dǎo)向裝置，使陽(yáng)模頂型和陰模頂型準(zhǔn)確定位，防止了切邊過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)切，提高了校正工步的精度，保證了鍛件形狀、尺寸符合圖紙要求。⑶由于本裝置將傳統(tǒng)的切邊工序和溫校正工序創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)為切邊校正復(fù)合工序，在切邊的同時(shí)完成鍛件校正工序，實(shí)現(xiàn)了單工序解決鍛件翹曲、拉毛刺的目的，同時(shí)避免了溫校工序易增加鍛件殘余應(yīng)力的問(wèn)題。⑷裝置結(jié)構(gòu)新穎，工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單，代替了機(jī)加去除毛邊的工步，降低了對(duì)員工操作的依賴性，同時(shí)也降低了操作工自身的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，也提高了產(chǎn)品合格率。
實(shí)際生產(chǎn)效果
我公司作為生產(chǎn)中、小型鍛件的專業(yè)化鍛造企業(yè)，在生產(chǎn)折線分模的薄精鍛件時(shí)，巧妙的運(yùn)用模具里的彈簧力，將其轉(zhuǎn)變?yōu)樾Ｕ蛪哼吜�，解決了薄連皮部位鍛打翹曲、切邊翹曲和切邊過(guò)程拉毛刺的問(wèn)題。該模具在一個(gè)裝置內(nèi)同時(shí)完成了切邊和校正的工序，工序完成后即是最終產(chǎn)品，圖4 為切邊校正工序結(jié)束后的產(chǎn)品實(shí)物
設(shè)計(jì)了導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，對(duì)設(shè)備要求也不高，在沖床上可直接裝配使用。模具投入使用后，經(jīng)過(guò)不斷優(yōu)化工藝，該鍛件已經(jīng)進(jìn)入批量生產(chǎn)驗(yàn)證，鍛件翹曲小，尺寸滿足圖紙要求，質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)品合格率達(dá)到99% 以上。
結(jié)束語(yǔ)
小鍛件也隱藏著大學(xué)問(wèn)，通過(guò)不斷的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和創(chuàng)新，對(duì)鍛造工藝的不斷優(yōu)化創(chuàng)新，可以生產(chǎn)出更精密、質(zhì)量更高的鍛件。這就需要我們不斷學(xué)習(xí)積累，提高業(yè)務(wù)能力，并通過(guò)“顛覆性”的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，來(lái)滿足客戶“挑剔”的質(zhì)量要求，從而提升企業(yè)在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)能力。
