眼形钩类索具辊锻模具设计浅析

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辊锻是借助辊锻机的一组或多组反向旋转的辊锻模具，使通过的金属坯料挤压产生塑性变形，从而得到所需锻件或锻坯的塑性成形工艺，是成形轧制(纵轧)的一种特殊形式。针对眼形钩类产品，采用辊锻制坯，就是充分利用辊锻连续局部塑性变形的特点，制造预成形坯料，有效降低材料消耗、提升产成品锻造质量，从而降低模锻设备的吨位，进一步降低设备的功耗。我公司现有各类眼形钩类索具100余个类别，涉及G80、G100索具产品500余个规格，面对公司产品规格种类众多、生产效率低、交货周期长、工人操作负担大的缺点，我们通过对不同规格和类别的眼形钩类索具进行论证和模拟分析，最终确定采用自动辊锻机制坯替代空气锤自由锻制坯，有效解决了生产瓶颈。

一、辊锻成形设计原理

辊锻是在坯料的局部区域，通过挤压使坯料连续变形的塑性加工工艺。加工时，两锻辊的轴心线平行，旋转方向相反，辊锻后根据截面积的变化，使坯料沿径向拔长，如图1所示。眼形钩类索具是我司特色产品，普通锻造材料利用率低，坯料在模腔放置不稳定，容易出现撕裂、缺材、断裂等缺陷。因此，通过采用辊锻制坯，有利于一次成形，以达到省力锻造和提高材料利用率的目的。

二、眼形钩类索具辊锻模具设计

1模具设计步骤

⑴设计产品毛坯图(图2)和坯料预制成形图(图3)；⑵确定辊锻模具所需道次；⑶选择辊锻模膛系；⑷各道次模膛设计和纵向尺寸计算；⑸数控加工成形模具及装车验证。

2设计毛坯图和坯料预制成形图

根据毛坯图，绘制坯料预制成形图，坯料的每个横截面面积F按下式确定：F=Fd+2KFf式中：Fd为锻件横截面积(mm2)，Ff为飞边槽横截面积(mm2)，K为飞边槽充满系数。

3辊锻模具所需道次确定

按照毛坯图计算最大截面选定原始坯料尺寸后，按下式确定道次n：n=lnλs/lnλav；λs=F0/Fmin式中：λs为总延伸系数；λav为平均延伸系数，通常为1.4～1.6；F0为原坯料截面积；Fmin为辊锻件最小截面积。本次采用的坯料直径为35mm，截面积F0为961.6mm2，锻件最小截面积为242.1mm2，代入公式可得：λs=961.6/242.1=3.97；n=ln3.97/ln1.4≈4.1。通过计算，最终确定道次为4是最适宜和最经济的，道次排列示意图见图4。

4选择辊锻模膛系

辊锻模膛系的选择要满足以下要求：⑴满足模锻对辊锻件截面形状的要求；⑵根据价格和供货情况选择截面为圆形、方形或矩形等的材料为原始坯；⑶应保证毛坯在模膛中有良好的稳定性。根据我公司常规采用的热锻用材料，基本都是圆钢棒料，因此，决定采用圆形模膛系。

5各道次模膛设计和纵向尺寸计算

根据不同产品规格所需棒料的截面积、变形量和延展系数，我们可以确定每一道次模膛的截面积和长度。形状和尺寸确定后，基于三维造型软件对模膛截面进行参数化设计，对各道模膛建立实体特征。通过UG软件做出初次模具造型，经模拟软件对整个加工过程模拟，可以初步发现各种缺陷发生位置及失效形式，从而通过优化控制成形产品的质量。通过坯料在辊锻进程中模拟分析，我们发现第二道次容易出现飞边，经分析原因，由于第二道次设计的斜度较小，坯料在灌满模腔后出现溢出，从而形成了飞边。通过模拟，逐项修改模具截面积和模具角度，最终辊锻模具设计如图5所示。6数控加工成形模具及装车验证对模拟定型的模具造型，通过数控铣加工成最终的辊锻模具，经热处理后安装到自动辊锻机上试车，见图6。通过实践验证，辊锻机制坯较为理想，坯料各尺寸符合设计要求，后续通过加工工序生产出来的产品完全符合图纸要求，锻件无缺材、折叠、断裂等缺陷，同时材料利用率提升约5%，进一步降低材料成本。

三、结束语

通过本次眼形钩类索具辊锻模具设计，公司实现了辊锻模具从无到有。实践表明，眼形钩类索具采用辊锻制坯，生产效率高，辊锻机生产频次快，可以连续工作，能与压力机、模锻锤相结合，适宜大批量生产，能有效减少压力机和模锻锤空行时间。辊锻制坯形状更精确，材料利用率更高，有效降低材料消耗、减少人工成本。产成品锻造质量好，锻件径向纤维组织完整，有效减少毛坯的折叠、断裂、缺材现象。产品强度大，耐疲劳寿命高。辊锻机采用转动静压力，冲击、振动和噪声小，符合环境保护要求。因此，利用辊锻生产眼形钩类索具，是一种经济、高效、环保的新型锻造生产方式。

作者:张体学 付善举 张来星 秦威 刘运斌 单位:山东神力索具有限公司