（图片）
图7 FE分析模型
Fig7: FE Simulation model
图8所示为夹紧后毛坯的等效应变分布图，预制毛坯仅在A处出现很小的变形。图9所为夹紧过程的载荷－行程曲线。由图9可知，夹紧整个预制毛坯大约需要160,000N力。（图片）
图8 夹紧工步等效应变分布
Fig.8: Effective Strain Distribution of holding process
（图片）
图9 夹紧工步载荷行程曲线
Fig.9: Punch force curve of holding process
图10所示为在理想状态下（精密下料、预制毛坯尺寸精确）毛坯变形过程中不同时刻的金属流动状态。（图片）
图10 滑动叉锻造过程中金属流动状况
Fig.10: Material flow in forging of a slide fork
由模拟结果可知，在冲头作用下，预制毛坯的叉部首先被镦粗，金属迅速向模膛两侧流动直至接触模膛侧壁，然后随着冲头继续下压，金属向流动阻力最小的叉部凸台部分的模膛流动，冲头下面的金属沿模膛侧壁向上流动直至成形完毕。在整个成形过程中，毛坯的变形速度场分布均匀，未出现紊乱，因此整个成形过程不会存在折叠缺陷且成形完全。如图12所示，在冲头下压的过程中，锻件叉部的应变主要集中在叉部及叉口连皮，而在与杆部相连的部位应变很小。（图片）
图11 锻造过程中滑动叉的速度分布图
Fig.11: Velocity distribution in the forging of a slide fork
（图片）
图12 叉部应变分布
Fig.12: Effective Strain Distribution in fork section
成形质量的关键在于在整个成形过程中，应严格控制金属流动，尽量保证金属只沿厚向和径向流动，在轴向上没有位移或位移极小。该工艺的实现必须保证精确下料，预制毛坯的长度精度要求较高，坯料放入模腔时在长度方向已经被准确定位，合模夹紧后进一步限制了材料的轴向流动。
图13所示为锻造过程的载荷－行程曲线。由载荷－行程曲线可知，半个滑动叉锻造所需载荷约为7.4MN，即15MN压力机即可满足整个滑动叉锻造成形要求。（图片）
图13 滑动叉锻造载荷曲线
Fig.13: Punch force curve of forging a slide fork
4 小飞边闭式模锻工艺模拟
滑动叉闭式无飞边模锻工艺具有极高的材料利用率，但该工艺采用的预制毛坯体积精度要求极高，致使预制毛坯加工费用较高。为了降低预制毛坯的加工费用、提高材料利用率，本文还设计了滑动叉小飞边闭式模锻工艺。
4.1 小飞边锻模结构设计
在滑动叉无飞边模锻工艺的基础上，本文还提出了小飞边模锻工艺（飞边约占毛坯体积的2％）。小飞边锻模的结构与无飞边锻模的结构相同，只是在上下模叉口底侧中间分模位置增加了一个小飞边结构，如图14所示。模具的动作与无飞边锻模相同。（图片）
图14 飞边结构
Fig.14: Flash Structure/div
4.2 小飞边模锻工艺模拟分析
预制毛坯体积比图6所示毛坯体积增大1％。图15所示为滑动叉叉部分析1/4有限元分析模型。（图片）
图15有限元分析模型
Fig.15: FE simulation model
图16所示为成型过程中金属流动状况。由图16可知，小飞边锻造工艺中金属的流动状况与无飞边锻造工艺中相似，当冲头下行26mm时，叉口底部靠近飞边桥部的金属受足够大的压力，开式向飞边桥部运动，形成飞边。金属充满型腔完毕后，随着冲头继续下行，多余的金属通过飞边桥部流向仓部。（图片）
图16 叉部成型过程中金属流动状况
Fig.16: Material flow in fork section
（图片）
图17 叉部等效应变分布
Fig.17: Effective Strain in fork section
图18所示为小飞边锻造过程中锻造载荷－行程曲线。由图可知为了保证毛坯成型完整，飞边桥部高度较低，金属向飞边桥部流动阻力较大，致使滑动叉成型所需载荷稍稍增大，整个滑动叉成型所需载荷达到17.2MN。（图片）
图18 滑动叉锻造载荷行程曲线
Fig.18: force curve of forging a slide fork
作为对比，计算了该滑动叉开式模锻所需载荷。滑动叉锻件长度L件为21cm，水平投影面积（含叉口连皮和飞边的面积）为340cm2，即换算直径D件和平均宽度B均分别为20.8cm和16.3cm，查相应图表得值为65N/mm2。
根据锤上模锻吨位经验计算公式[4]：（图片）
计算得G＝24930N，即此滑动叉锻件开式模锻需要25MN压力机。
5 结束语
本文根据滑动叉的形状特点，在传统整体闭式模锻的基础上，结合挤压工艺的优点，成功的开发了一套滑动叉无飞边和小飞边锻造新工艺。有限元模拟研究表明，与开式模锻工艺相比，本文提出的无飞边和小飞边闭式模锻新工艺具有锻件精度高、成形质量好、材料利用率高、所需设备吨位小等优点，具有很好的工业应用前景。
参考文献：
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作者简介：谷志飞，清华大学机械工程系2002级硕士研究生，主要研究锻造工艺CAD/CAE
2/4/2006
