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摘要：鋁合金模鍛件的折疊缺陷是諸多缺陷中最主要的缺陷，是模鍛件廢品中的主要廢品。針對這一問題進行分析和研究，找出產生折疊的原因并提出解決的方法。在實際生產中使模鍛件的成品率大幅度提高，取得了明顯的經濟效益。

　　關鍵詞：鋁合金；模鍛件；折疊；模具設計；毛料模膛；預鍛模膛；終鍛模膛

　　鋁合金模鍛件的折疊破壞金屬的連續性，降低鍛件的承載能力，是鍛件生產中的主要廢品。根據多年生產實踐和試驗研究，分析折疊產生的原因及消除方法，提出在模具設計中應采取的措施，以減少折疊，提高鍛件成品率。

　　1 模鍛件的折疊缺陷及產生的原因

　　金屬在模壓變形過程中，總是遵循最小阻力定律最小阻礙方向流動，致使在模鍛件的局部區域表面金屬向鍛件內部流動，這種從表面向鍛件內部流動使表皮的氧化層和潤滑劑等雜質一起折入鍛件內部造成折疊^[1-2]。其產生原因：模鍛件設計不合理，凹圓角半徑（即模具的凸圓角半徑）太小，各斷面變化太大；毛料模膛、預鍛模膛與終鍛模膛配合不當，金屬分配不合理，局部金屬過多或過少，造成終鍛時變形不均；形狀復雜的鍛件，直接用圓

　　坯料在終鍛模內成型，沒有采用預鍛模和毛料模；坯料選擇不合理，形狀不當，壓下量太大；抹油過多或抹油不均；鍛坯棱角太尖，或上次模壓后修傷不徹底等。

　　對產生折疊缺陷的模壓件剖開進行低倍組織檢查時，可以發現從模鍛件表面到鍛件內折疊構成一條明顯的黑線，稱之為折紋，見圖1所示。從模鍛件表面到折紋結束的距離即折紋的長度稱為折疊深度。

圖1 模鍛件的典型折疊（低倍組織）

　　折疊對模鍛件的質量有嚴重的影響。首先折疊破壞了模鍛件表面的完整性，使制件承受載荷面積大為減小。折疊本身又是制件上的一個缺口，在使用中造成應力集中，成為疲勞源，可能導致部件在此產生疲勞斷裂。其次折縫夾雜有潤滑劑或其他雜質，在隨后的蝕洗工序中折縫又殘存有酸、堿的殘液，會造成制件在折疊處過腐蝕。從模鍛件的內部組織看，表面存在折疊處金屬的流紋將產生渦流或穿流，折疊越是嚴重，金屬流線就越不順。

　　折疊缺陷的產生是由表面折波、生成折疊、折疊發展三個過程組成。在折疊的初生階段，折紋的尾端成小圓角狀（見圖2）。如果經大量變形之后折紋的尾端又可成尖裂狀或叉形開裂狀（見圖3）。極為嚴重的折疊會把模鍛件的整個筋型穿斷（見圖4）。一般某一處的折疊主要是由一個主要折紋組成。由單個折紋構成的折疊較深，而由多股折紋構成的折疊深度較淺。

圖2 初生折疊、折紋尾端成小圓角狀

圖3 折疊尾端的尖裂

圖4 嚴重折疊穿斷筋型

　　現場生產的輕合金模鍛件大量的是屬于普通開式模鍛，其鍛件與其零件之間存在有一定的加上余量，還有模鍛斜度和較大的圓角。因此盡管有些模鍛件局部存在折疊缺陷，但只要折疊的深度不超過機械加工余量，即最終折疊部殘存在零件主體上還是允許的，是符合產品技術要求的。所以現場生產中，通過剖傷的方法來確定鍛件是否報廢。多年的實踐證明，這種剖傷的方法是鑒別折疊缺陷是否構成鍛件報廢的行之有效的、方便的檢查方法。

　　折疊按其位置而言可分為筋根折疊、筋頂折疊、彎角折疊、邊緣折疊四種。按其產生的機制而言可分為穿筋折疊、包覆折疊、回流折疊、匯流折疊和壓堆折疊五種。造成折疊的原因及影響因素是多方面的，主要可歸納為三個方面：從零件圖到模鍛件圖設計過程中考慮的因素；生產工藝編制上的因素；生產具體操作中的因素。下面將就模具設計過程中為消除鍛件折疊應考慮的因素進行討論。

　　2模鍛件設計中必要的形狀簡化

　　模鍛件的形狀應該盡量與零件形狀一致，但是為便于模鍛的順利完成和消除象折疊等模鍛缺陷就得進行必要的形狀簡化。

　　生產實踐證明，產生折疊的主要原因往往是在金屬已經充滿模腔之后，由于還有過多的金屬存在，則使鍛件的欠壓合量(簡稱欠壓量)過大，為了減少欠壓量，即使過多的金屬以毛邊的形式排出就得繼續施壓變形。這樣在過多的金屬外流的時候就是最易產生折疊的階段，而且這些折疊集中地產生在模件筋形根部與腹板連接的圓角處。

　　具有框形封閉筋的模鍛件，在其內側筋根處易產生折疊。從圖5a可以看到箭頭所示的8個位置都是易產生折疊的。為了減少折疊，在模鍛件設計中把形狀進行必要的簡化，雖增加一點加工余量，但可以大大減少折疊。如圖5b所示易折疊的位置只有兩個，如果形狀再進一步簡化如圖5c所示那樣，就可完全避免圖5a中的各處折疊。

圖5不同設計方案對產生折疊的影響

　　在圖6a中兩筋間距a小于筋高b，在箭頭所示各處最易產生嚴重折疊。如能把它簡化為圖6b那樣就會消除這些折疊。

圖6 模具設計中必要的形狀簡化對產生折疊的影響

　　從上述實例中可以看出，在模具設計過程中，針對不同鍛件或不同的部位采取必要的形狀簡化措施，對保證模鍛件鍛壓成型過程中避免產生折疊缺陷有其重要意義。

　　3分模面的選擇對產生折疊的影響

　　在普通開式模鍛中，分模面選擇的正確與否不僅會直接影響到模壓的順利完成，模具壽命的長短、生產效率的高低，而且對鍛件的質量有重要影響。下面僅從對產生折疊的影響來說明選擇分模面時應考慮的因素。

　　圖7列舉同一個模鍛件如選用三種不同分模面將產生不同折疊的結果：圖7a分模面選在腹板的中間，筋根與腹板面距分模面僅為h₂，這樣圓角處的金元非常容易參與外流，結果最易造成折疊。圖7b的分模面是設在腹板的端面上，這樣使筋根與腹板面距分模面的距離為H，腹板的金屬與圖7a的相比，使圓角R較遠離分模面，筋根圓角處的金屬雖不像圖7a的那樣易于參入外流造成折疊，但還是難以避免出現折疊。而像圖7c那樣把分模面改在筋頂，使成型條件從圖7a和7b的壓入成型改為反擠成型，當多余的金屬排除是依次按順序流動，所以完全可以避免圖7a和7b中可能造成的折疊。

圖7不同分模面對產生折疊的不同影響（P均相同，↓表示分模面）

　　圖8列舉工字形斷面的制件選擇不同分模面對產生折疊的影響。圖8a分模面是選在中間，它將在筋和腹板連接的四個圓角處易于產生折疊，而且斷面上的金屬流線也將發生穿流。而圖8b把分模面選在筋的頂部，使筋與腹板連接的圓角將不產生折疊。

圖8 工字形斷面選擇不同分模面對產生折疊的影晌

　　綜上述舉例可以看出，為了消除折疊，在模具設計時在兼顧其他因素的同時，應對分模面對產生折疊的影響給予充分的考慮。

　　4 模鍛件圓角半徑的選擇

　　模鍛件的所有棱角為便于金屬充填和盡量降低模具磨損都是設計成具有一定R的圓角來圓滑過渡。所有模鍛件的各個表面都分別是由內圓角、外圓角、水平內圓角和水平外圓角過渡連接的。

　　圖9示出某一鍛件的各種圓角。其中內圓角處一般不易出現折疊，只有個別鍛件可能出現筋頂包覆折疊。外圓角處不易產生筋根折疊（穿筋折疊）。在水平內圓角上一般也不出現折疊，只有在圖示的下部a′—a′兩處的水平內圓角與筋根和腹板的連接處，由于它位于鍛件幾何形狀改變的轉彎處，在此處兩側筋條的端頭，兩側筋對腹板金屬橫向流動的阻礙突然消失，金屬發生大量的橫向流動，導致鍛件不成型，隨著變形的繼續、不成型部位就由鄰

　　近的腹板和筋上金屬來充填，最后構成折疊。水平外圓角d、e、f都是等于90°的彎角一般不易折疊，但是就d而言，由于它處于整個鍛件的拐角處，縱向筋條和橫向筋條上金屬分別有縱和橫流動（見圖10所示）。這兩個不同方向的流動分力在此拐角處合成一個45°方向向外的合力，這個合力將是導致產生折疊的主要因素。如果從設計加大此水平外圓角的半徑，就可以削弱產生折疊的危害。

圖9 一般模鍛件圓角的分類及各圓角對產生折疊的影響

圖10彎角筋型折疊程序與角度的關系

　　在水平外圓角g、h、i中，它們都是小于90°的角，金屬流動合力用下兩式表示（參看圖10）：

　　當α＝90°，合力P₁²＝a²+b²

　　當α＜90°，合力P₂

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