锻造钢制工件的常用下料方法

在模锻时，锻造毛坯在一级或者多级锻模中被锻造成具有一定几何形状的产品。对于细长锻件（即锻造工件的长度尺寸明显的大于其横截面尺寸的工件）在锻造时通常都包括毛坯质量的预先重新分布、横截面成型和最终成型等若干个锻造步骤。在传统的成型锻造中，多余的材料通常都会成为锻件的毛边，需要在终锻前去除这些毛边。
    近几年，钢材的热锻造成形加工工艺有了很大的发展和变化。除了新的锻造模具和锻造设备以外，锻造工艺的改进还表现在经济性和锻造质量的提高上。其中，无毛边锻造的意义也显得越来越重要。 
    精密锻造是一种替代传统复杂几何形状工件锻造的经济型技术。例如连杆类工件，若不采用精密锻造则需要进行复杂的机械加工才能达到精密锻造的效果。而利用精密锻造，则可以经济的实现IT8~IT10级的公差。由于无毛边精密锻造不会出现毛边，因此省略的不仅是锻造时的去毛边工序，而且还节约了锻造毛边所占用的金属材料。而要做到这些的前提条件是：与锻造零件相适应的锻造生产过程。这个过程包括：与工件质量准确一致的质量预成形（如楔横轧）、在封闭的锻模中墩粗、得到预想的横截面尺寸、以及最终的精密锻造。 
    而成形较小、尺寸准确、体积恒定的锻模毛坯是正常无毛边模锻的基础。对于大多数的钢制模锻工件，锻造毛坯通常是由钢棒下料设备下料。与锯割相比较，这种剪式钢棒剪切设备具有高速、高精度的特点，并且由于省略了锯缝则具有很高的材料利用率。 
    为了保证剪切下料时的准确性，需要在钢棒剪切机的辅助设备中对下料后的毛坯质量和体积进行复查，并对生产工艺参数，如剪的缝隙尺寸和剪裁速度等进行调整。只有毛坯的剪切面更加平整，与钢棒轴线更加垂直时，才会有更加好的毛坯裁剪质量。在剪裁刀口处的激振器（图1）能够同时对剪裁面的多个工艺参数进行改进。除了提高剪裁面的表面质量之外，它还将剪裁时棒料剪切面的倾斜角度减少到了1以内，减少表面的波浪。这种带有激振器的剪裁设备尤其适合于剪裁那些要求平直，或剪切面没有缺陷的锻造毛坯。因此，在无毛边的精密锻造中，使用这种裁剪设备是最理想的。

                 图1 钢棒裁剪机的工作原理 
    在IPH进行的一个研究项目中，就剪裁刀具激振器对剪裁结果的影响进行了试验（图2）。试验的目的是，听觉范围内的低频振动对剪裁面质量提高的影响，以及剪裁面质量提高的原因分析。为了达到这一目的，对激振器各种不同的可能性进行了试验分析，使用了压电激振、液压激振和机械震动等各种激振方法。

               图2 利用激振装置提高钢棒裁剪横截面的质量 
    在前期试验中，利用液压激振方法进行的裁剪刀具激振试验指出：通过液压激振器可以达到提高棒料裁剪截面质量的目的。这种改进进一步提高了截面锻造质量。 
    在提高钢棒裁剪断面质量的措施中，裁剪间隙的调整起着决定性的作用。裁剪间隙指的是钢棒裁剪机两刀口之间的水平距离。剪裁间隙的调节与剪裁机床的刚性、钢棒的直径和被剪裁原材料的摩擦学特性有着极大的关系。剪裁间隙影响最大的是横截面的平面度和剪裁面与工件轴线的角度。在裁剪过程中，剪裁间隙的增大将会导致切断面的平面度变差。剪裁机床的刚性对剪裁间隙增大的影响至今还没有进行检验。 
    在与汉诺威大学莱布尼兹成形加工技术和成形加工设备研究所（IFUM）共同进行的研究项目中，IPH对采集到的数据进行了严格的检测，对能够得到平整采集横截面的剪裁间隙进行了数字化分析，从而总结出一套检测液压激振钢棒裁剪机合适剪裁间隙的方法。下一步，将经过验证使其成为一个专用模块设备，并投放市场。对于其他液压激振的钢棒裁剪机，将研制一种通用的设备模块，再进行实际的剪裁验证。在整个试验过程中，研究工作得到了两家著名钢棒裁剪机生产厂家的帮助和支持。由于总结出了剪裁缝隙扩展的一般规律，如果有可能今后还将对液压激振钢棒裁剪机的间隙进行计算，使得刀口间隙的调整工作更加简单，使用效果更好。