大型前轴锻件永久标识成型工艺应用与探索

摘要：通过CAD软件设计平台并运用PowerMILL编程软件生成零件号、商标等永久标识加工程序，利用利用数控设备把零件号、商标等永久标识（凸字）在终锻模具型腔内铣削标识成型的工艺型腔（凹字模），利用锻造工艺过程热成型金属流动挤压实现完成，并探究运用在锻件在成型后利用提前做好的凹字模镶嵌在后续工艺（切边、校正）模具上实现热压印来节约标识的制作周期及成本。
关键词： 锻造标识；标识；压印；字模：PowerMILL

0．引言：

随着锻造产品的不断拓展，锻件的可追溯性使得我们在锻造产品永久标识、商标成型成为我们在生产过程中必不可少的工艺，由于产品可追溯的零件号字符较多、商标图案的复杂，制作工艺成为我们必不可少的重点，因锻造工艺的特殊性，永久标识及商标需要不断修复，依据锻造企业设备配置，数控设备作为功能强大的柔性设备成为必选，而激光、电腐蚀等设备成为模具制造业通用设备。本文重点讲述利用CAD/CAM技术通过数控设备刻字成型及在锻造校正工序镶嵌字模压印成型的探索以提高工艺的稳定性和高效性，大大缩短生产准备周期，降低消耗和生产成本。

1．标识制造工艺

前轴锻件上永久标识分为商标、产品生产的批次号、零件号，如图1所示。因锻造工艺主要以辊锻—压弯—预锻—终锻—热切边—热校正来组成，终锻作为产品最终成型的唯一工序，那么在终锻模具上实现其标识成型是最佳选择。过去在没有数控设备稀缺的时候，我们在终锻模具上实现其标识主要依靠有经验的师傅，通过手工雕刻磨制而成，且费时费力，效果不能满足要求，对人员的技能要求也很高。由于锻造产品的种类繁多，且成拓展趋势上升，标识的成型也就成为一个必不可少的重点来抓，有经验的师傅再也不能满足诸多的产品标识的完成。随着模具业、数控行业及CAD\CAM技术不断发展，模具制作变得简单，而且周期短、精度高。

图1 前轴锻件标识示意图

1．1 标识设计

锻造产品永久标识、商标因在字体大小，商标的设计等有顾客要求及技术标准，其特点主要在终锻模上锻造成型，固我们在终锻模具三维数模上，根据顾客要求，利用CAD软件把要求的所有零件号、商标等字符在数模上设计出来（如图2），字体采用10号字体，字宽2mm，深度1.5mm的要求，我们在标识设计时，字体采用10号单线字体，且转换为线框并投影在数模上（如图2绿色字符），这里我们只选用单线字体而不考虑字宽和字深，而且不采用双线字体等字体库里的通用字体，这里主要为后续在模具上加工提高效率。

1．2 标识制造及成型

1.2.1刀具及机床选择

根据要求，因字体宽度要求2mm，且终锻模具硬度在HRC（45—50），我们选择刀具直径为4mm，刀尖直径2mm的两刃硬质合金球头铣刀作为标识加工的首选刀具。机床选用公司现有的数控加工中心，主轴最高转速8000rev/min。

1.2.2标识制造

首先，把模具数模导入PowerMILL编程软件内，激活工件坐标系，在刀具库中选用2mm球头刀。其次选中要设计好的标识字符，在参考线一栏建立参考线并插入已选的标识字符，如图3所示。

第三，在编程策略里选用参考线精加工，根据参考线加工的特点，且我们标识字符投影在型腔表面，根据客户及设计要求标识深度1.5mm的要求，这里余量一栏内给定轴向余量为-1.5mm，且驱动曲线选用参考线，勾选型腔加工，底部位置选用驱动曲线，并在轴向偏置一栏内同样输入-1.5，策略选用跟踪，上限为0，采用多重切削方式，因刀具采用2mm刀具，最大切削布局采用0.03mm，参数设置如图4，检查参数设置无误后并运算生成NC程序。最终形成零件号、商标等永久标识在终锻型腔内的凹字模如图5

图5 模具型腔

1.2.3 在锻造生产过程中利用终锻模具及在模具上的凹字模，通过对锻件的最终锻打工艺直接在锻件锻造出凸字的零件号、商标等永久标识如图1所示，字体清晰，美观，可重复利用，不用多次维修，深的客户认可，且在切边凸模和校正模具的相应部位留出标识避让型槽以避免后续工艺对标识的压伤。

2．标识成型工艺探索

如图1所示红色区域内标识和其他标识成型方式有所不同，其他为锻造成型，且在生成过程中不受班组，材料等条件的约束。而红色区域内标识切因班组的更换，材料的不同等因素而在每一次生产时需要更换，频度高，我们把此标识称之为批次号。因他的特殊性，我们在成型时采用与其他标识不同的工艺，此工艺我们采用在校正模具上标识要求部位铣削T型槽，并设计加工相应字头如图6。通过锻造后对锻件校正工序在锻件标识部位通过镶嵌的标识字头压印在锻件上形成凹字标识。此方法灵活多变，在材料变更，班组更换时通过对相应标识的要求进行替换即可完成。

通过对批次号压印成型过程分析，给我们一个拓展的思维，我们同样在终锻模具上采用预先做好的T型槽和相应的字模镶嵌来完成零件号及商标等其他客户要求的标识。然考虑终锻模具在生产过程中金属流动，模具温度高，以及模具磨损，疲劳性开裂等影响模具寿命因素。在终锻模具上加工T型槽对模具的使用寿命和使用过程中字模磨损以及T型槽在模具高温锻造时产生的疲劳变形带来的字模拆卸不便，T型槽变形后维修问题等因素，在终锻模具上实现字模压印成型不是最理想的工艺。

经过对整个锻造成型工艺的分析切边和校正工艺的模具相对终锻模具使用寿命高，在其切边的凸模上或者校正模具的上模来镶嵌字模较为合适，但切边凸模因切边工序的特殊性，选用校正模具为最佳选择。在校正模具上镶嵌字模优点在于，模具温度低，T型槽受力变形程度低，字模寿命高，便于更换。但为了区别零件号、商标及顾客特殊要求等字符与生产批次号，我们在这里字模采用凹字模在校正工序下通过压印的方式成型产品的所有凸字标识。

在生产过程中，我们对某一产品进行验证，起到预计的理想效果，并通过改进试验，并对终锻、校正模具做出修改，做到大部分产品的标识成型工艺的探索与应用。打破了在模具上加工字模型腔的传统方法，节约了制造成本。

3． 结束语

使用CAD/CAM平台，根据锻造工艺的特点，实现了产品永久标识的制造工艺及成型工艺，并探索发现其成型的特殊性以及工艺带来的延伸，使我们打破传统的制造方法及成型工艺，实现永久标识的锻造压印，提高了字模的使用寿命，优化设计工艺，降低了维修和制造成本，为节能降耗贡献起绵薄之力。

参考文献：
[1]张志文主编：《锻造工艺学》，机械工业出版社，1985
[2] 汪国屏、吕炎、吴听松主编：锻模设计手册（第5册），1990