導軌是機床的基本結(jié)構(gòu)要素之一，包括作為導向的固定元件和移動元件，這個移動元件一般稱為“滑塊”，圖1 為某型號滑塊實物照片。目前，滑塊毛坯通常為鑄造、鍛造，或者利用熱軋或冷拉的型材直接鋸切獲得。

圖1 滑塊實物文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autoyazhu202411268.html

滑塊鍛造成形相較于其他幾種成形方式難度較高，尤其是下端邊角部位的充滿性較差，但是由于鍛件的力學性能優(yōu)于其他幾種成形方式，近年來采用鍛造生產(chǎn)滑塊毛坯的廠家越來越多。本文介紹的是一種滑塊鍛造成形方案設計以及實際生產(chǎn)過程中存在問題的改進。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autoyazhu202411268.html

工藝設計

成形方案確定

該滑塊材料為GCr15，根據(jù)最終的產(chǎn)品要求，確定鍛件生產(chǎn)的工藝路線：下料→加熱→鍛造→球化退火→清理拋丸。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autoyazhu202411268.html

結(jié)合滑塊的形狀特征和批量大小，設計在模鍛錘上生產(chǎn)，擬采用開式鍛造鐓擠復合的成形方式以保證鍛件的充滿性。另外由于該件在安裝使用后部分外露，對非加工面的外觀質(zhì)量要求較高，為防止切邊等生產(chǎn)過程產(chǎn)生變形，在切邊后增加熱校正工序。最終確定鍛造過程生產(chǎn)工序：拍扁→成形→切邊→校正。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autoyazhu202411268.html

毛坯圖及成形工步設計

在產(chǎn)品圖紙基礎上根據(jù)需求留出加工余量，給出適當?shù)陌文Ｐ倍鹊染涂梢栽O計出毛坯圖，該滑塊鍛件毛坯的主要尺寸如圖2 所示。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autoyazhu202411268.html

圖2 滑塊鍛件圖文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autoyazhu202411268.html

根據(jù)鍛件尺寸可初步設計出模具型腔。根據(jù)經(jīng)驗，普通模鍛錘生產(chǎn)中由于慣性上模的充滿性一般好于下模，因此一般都是將較難充滿的型腔設計在上模以保證良好的充滿性，但是由于此滑塊鍛件分模面一側(cè)形狀簡單且型腔很淺，分模面另一側(cè)結(jié)構(gòu)復雜且型腔窄而深，這樣不利于鍛件自然脫模，因此將不好充滿的一側(cè)設置在下模，可以利用下頂出進行脫模。成形工步型腔如圖3 所示。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autoyazhu202411268.html

圖3 成形工步型腔

Deform 三維模擬驗證

為確保鍛造方案可行，初步設計出成形工步后，使用Deform 三維有限元進行模擬，模擬過程如下。

⑴拍扁。

此工步主要是將圓棒料進行拍扁，利于后續(xù)坯料的放置，也有利于定位和后續(xù)成形，同時還可以去除坯料表面加熱產(chǎn)生的氧化皮。拍扁工步選用坯料規(guī)格為φ120mm×130mm，設定加熱溫度為1150℃，設備選擇3t 模鍛錘，摩擦系數(shù)設定為0.3，上、下模具采用平砧板。圖4 是坯料進行簡單拍扁的過程。

圖4 坯料拍扁過程

⑵成形。將拍扁后的坯料放入型腔中，調(diào)整好相對位置繼續(xù)模擬成形過程，拍扁坯料放入型腔后效果如圖5 所示。

圖5 拍扁坯料放入型腔

圖6 是在成形過程中選取的，從圖6 左圖可以看出，上端的坯料在鐓粗過程中有少部分被擠入下模型腔中，圖6 右圖是上端坯料鐓粗成形過程中接觸到了飛邊橋部，坯料向外流動的阻力加大，因此更容易向下流動被擠入下模型腔。

圖6 成形過程

圖7 是鍛件最終充滿型腔，鍛造成形過程結(jié)束。經(jīng)過模擬驗證可以看出該方案鍛件充滿性良好，無折疊缺陷產(chǎn)生，下一步準備進行試生產(chǎn)。

圖7 鍛造成形完成

試生產(chǎn)及存在問題的改進

試生產(chǎn)情況

試生產(chǎn)時為保證下模能完全充滿成形時需要打擊6 ～8 錘，打擊能量為85%。圖8 為生產(chǎn)的滑塊鍛件實物，可以看出鍛件充滿狀況良好。生產(chǎn)35 件后下模頂桿不容易復位，在生產(chǎn)到145 件時，模具打塌，下模頂桿頭部鐓粗變形無法復位，下鑲塊模開裂，見圖9 所示，最終導致生產(chǎn)暫停。

圖8 試制鍛件實物

圖9 頂桿不復位頭部鐓粗、模具開裂

原因分析

試生產(chǎn)中存在的問題有兩點：下頂桿不易復位和模具異常開裂。

通過結(jié)合現(xiàn)場實際進行分析，頂桿不復位可能是由于以下原因造成：

⑴生產(chǎn)時采用石墨潤滑劑，配比濃度過高，噴涂后無法很好地附著在模具上，模具冷卻不夠，導致模具溫度升高硬度降低從而造成模具和頂桿變形；

⑵原設計頂桿與下鑲塊模配合段為60mm，一旦頂桿或者模具的頂桿孔有些許變形，就會導致頂桿無法良好復位。

造成模具開裂的可能原因有以下兩點：

⑴由于該滑塊較難充滿，成形過程需要的打擊能量過大；

⑵本次生產(chǎn)用的鑲塊模是用H13 圓棒料加工而成，下料直徑為400mm，而這種模具料直徑越大，坯料內(nèi)部越容易產(chǎn)生成分偏析，使用時也更容易造成模具異常開裂。

針對上述情況，主要對生產(chǎn)工藝進行以下幾點優(yōu)化：

⑴石墨與水配比由原來大約1:5 調(diào)整為1:20；

⑵將下模頂桿配合段由60mm 減短至15mm；

⑶使用經(jīng)過多次改鍛的方塊模具料加工模具；

⑷在下模鑲塊不易充滿處增加多處φ1mm 排氣孔以改善鍛件充滿性。

工藝優(yōu)化后再次生產(chǎn)時，模具冷卻充分，由于增加了排氣孔，鍛件更易充滿，每件鍛打錘數(shù)由6 ～8錘降低到5 ～6 錘。在本批生產(chǎn)六百余件后，下鑲塊模沒有開裂，頂桿復位順暢，鍛件充滿性良好，達到工藝改善的目標。

結(jié)論

本文通過對該滑塊鍛造工藝的設計及改進，得出以下結(jié)論：

⑴采用模鍛錘生產(chǎn)異形件時，需要注意模具潤滑和冷卻，保證模具冷卻；

⑵在型腔上合理設置排氣孔，可以有效改善鍛件充滿性；

⑶經(jīng)過改鍛的模具坯料有利于減少成分偏析，提升模具壽命。