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摘要：从技术和成本两个角度分析常规锻模产品，综合评价自由锻和锻模工艺，并就锻模工艺的局限性和适用性进行分析，使之形成具有指导意义的基本规范，以便为锻件产品工艺制定提供技术原则和范围。本文就模锻代替自由锻的降本工艺进行分析，以期能够提升锻造产品的生产效率。
关键词：模锻；自由锻；降本工艺
现在我国生产的大部分锻造产品都是自由锻，相较于模锻生产工艺而言，自由锻生产工艺本身具有加工量较大、生产效率较低的特点，会增加产品出现锻造缺陷等一系列问题的概率，不适用于大批量、高质量零部件生产工作。因此，生产企业要重视模锻生产工艺的应用，以降低锻造产品的生产成本。
1模锻和自由锻工艺
自由锻主要是指在胚料上施加压力和冲击力，使胚料出现变形等一系列现象，运用外力形式锻造配件的内部性能和外部形状，这种锻造工艺具有改变胚料尺寸和形状的特点，与模锻相比，自由锻所需设备功率较小，可以应用较小的设备锻造大件产品。除此之外，自由锻工艺本身具有生产效率低、精度低、只适用于单件、小批、大型锻件开展生产工作。同时，模锻工艺主要是指将加热的胚料放在模锻设备上，运用模具开展锻造工作，在锻压机器动力的作用下，热透胚料在段模型腔体内部塑性流动形成锻件，相较于自由锻件而言，这种锻件的质量更高。
2模锻替代自由锻的降本工艺分析
2.1成本分析
分析锻件类零件的成本，对比自由锻和模锻工艺的成本，重点分析试制工作和梳理工作，选取的锻件为扶梯减速箱低速级齿轮，锻件类型为40Cr圆钢，按照未税价进行计算，原料为圆钢，直径为190mm，单价为最新采购价，模锻消耗的原材料量少于自由锻工艺，虽然模锻的单件锻造费用较高，加上原材料成本之后，自由锻锻造费用仍旧高于模锻的锻造费用，在相同粗加工要求之下，模锻工艺去除的金属量要远远低于自由锻，粗加工的成本也随之降低，通过表1数据综合分析可知，模锻的粗加工成本、锻造成本、原材料成本更低廉。
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表1齿轮自由锻和模锻成本分析
研究自由锻工艺和模锻工艺的锻件图，可以知道生产零部件较为复杂时，自由锻和模锻工艺终锻尺寸存在较大差异，自由锻的加工量和工序明显多于模锻，观察锻件的外观，发现自由锻与模锻加工的低速级齿轮存在较大区别，锻件没有要求凹槽内部，模锻加工时应用喷丸工艺代替原有粗加工，这种加工方式省略了后续加工工作，有效降低了锻件加工成本。
2.2比较加工技术
比较自由锻与模锻加工工艺的加工技术，评价两者的工艺性，以齿轮为例，进行力学性能、锻造流线和金相检验。
2.2.1力学性能
比较模锻和自由锻加工工艺时，严格按照《金属材料拉伸试验第1部分》要求开展检测工作，通过表2中的拉伸试验对比数据可以知道，模锻加工期间所有材料的强度指标都高于自由锻材料，韧性指标低于自由锻制备的锻件。另外，对比自由锻和模锻加工工艺期间，加工人员还进行夏比冲击实验，按照金属材料夏比摆锤冲击试验方法开展相应实验，自由锻的冲击功实测数据分别为54Akv（J）、34Akv（J）、52Akv（J），模锻的冲击功数据分别为100Akv（J）、88Akv（J）、86Akv（J）。作为动态力学性能试验，夏比冲击试验主要用于测试金属材料抗缺口的韧性，运用模锻工艺制备的锻件冲击力韧性较高，自由锻材料的抗冲击力明显低于模锻工艺制备的材料。
表2拉伸试验对比数据
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2.2.2锻造流线
低倍检验报告显示，对比自由锻和模锻锻造流线可知，两种锻造工艺的锻造流线没有较大差异，这一对比结果与两种锻造工艺的成型工艺有着密切关系。
2.2.3金相检验
开展金相检验实验过程中，实验人员要严格按照《钢的显微组织评定方法》开展实验，材料组织结构分析自由锻加工工艺和模锻加工工艺，两者的显微组织都为回火索氏体，性能上都具有良好的韧性和塑性，同时具有较高的强度，因此，具有良好的综合力学性能。此外，实测自由锻的晶粒度为6.5，而模锻的晶粒度为6.0，基本上差不多，自由锻相比模锻晶粒稍微更细一点。值得注意的是，自由锻的金相组织有一定的锻造疏松存在，疏松是沿钢锭中心的组织锻造时未锻合造成的，属于自由锻特有的锻造缺陷。由此可见，自由锻与模锻这两种不同的锻造工艺对锻件本身内在的产品品质要求的高低还是存在一定程度的影响。
2.3讨论对比试验结果
首先，模锻工艺适合于大批量产品：模锻的生产效率较高，生产过程操作简便，劳动强度比自由锻小，在批量足够的条件下，能降低零件的锻造成本；其次，模锻工艺适合于形状复杂的产品：模锻件尺寸精度较高，表面质量也比自由锻好，对于精度要求不高的结构设计，可以代替机加工表面；最后，模锻工艺适合于要求较高的产品：通过本项目进行的锻造流线和金相检验的结果来看，模锻可以使金属流线的分布更为完整合理，从而进一步提高零件的使用寿命，且相比自由锻工艺可以在一定程度上降低发生锻造缺陷的几率。
3总结
研究模锻代替自由锻降本工艺时，分析试点零部件的试制结果，可知模锻本身具有较强的适用性，可以应用于大批量产品生产工作中，能够有效提升产品生产效率，简化产品生产工序，降低施工人员的工作强度。除此之外，模锻还可以应用于形状复杂产品生产工作中，可以代替机加工表面，延长零件的使用寿命，相较于自由锻而言，更符合锻件产品加工需求。
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