工字型零件因其独特的截面结构(上下宽厚翼板与中间细薄腹板)，在锻造过程中易出现充填不足、折叠、晶粒粗化等缺陷。以下从工艺设计、模具优化、材料控制三方面系统阐述其锻造方法及改进策略：

　　一、核心锻造工艺方法

　　1、多道次成形工艺

　　预锻+终锻组合：通过预锻改善金属流动，避免直接终锻导致的折叠或穿肋。例如，某型号前轴工字梁采用三道次辊锻成形：

　　第一道次：将圆形坯料辊为矩形，分配金属至两端;

　　第二道次：预成形接近最终截面的工字筋，减少第三道次充填难度;

　　第三道次：以镦粗变形为主，拉长两侧筋板，确保腹板饱满。

　　局部胎模锻：针对内档两平面平行度要求高的零件，采用胎模锻出头部及过渡处，再通过摔模锻出杆部，最后用精整模具保证尺寸精度，实现黑皮锻件(无需机械加工)。

　　2、分流锻造技术(针对钛合金等难变形材料)

　　原理：在模具上开设分流腔，允许多余材料暂时流出，待主要型腔填满后回收，解决材料流动不均问题。

　　关键参数：

　　分流腔位置：需设在材料流动“瓶颈区”(如翼板与腹板过渡处);

　　尺寸控制：深度为腹板厚度的1/3~1/2，太浅无效，太深导致材料流失;

　　温度管理：锻造温度稳定在α+β两相区中下限(880~920℃)，模具预热至250~350℃，避免晶粒粗化。

　　效果：某钛合金工字件合格率从65%提升至92%，成本降低30%。

　　二、模具设计与优化

　　1、孔型系设计

　　分段式局部模拟：通过数值模拟分析孔型充满情况，优化中间型腔形状。例如，某前轴工字梁孔型设计显示：

　　第一道次矩形孔型充满良好;

　　第二道次预成形孔型未充满，产生飞边;

　　第三道次终锻因第二道次设计不足导致腹板凹陷。

　　参数优化：采用正交试验法，对工字型腔宽度、内壁斜度、圆角半径进行组合优化。结果显示，圆角半径对充填性影响最大，其次为型腔宽度和内壁斜度。

　　2、拼分模工艺(针对大型锻件)

　　应用场景：石油钻采设备中两端法兰盘与中间圆柱直径差异大的工字型锻件。

　　方法：以法兰盘粗加工尺寸为基准，设计拼分模结构，解决同轴度及直径差异问题，提高材料利用率。

　　三、材料与过程控制

　　1、坯料准备

　　尺寸控制：根据锻件重量用带锯切割下料，确保坯料体积略大于型腔(多余部分形成飞边)。

　　加热规范：

　　钛合金：900℃(α+β两相区)，避免β相区变形导致的粗大晶粒;

　　铝合金：450~500℃(再结晶温度以上)，保证塑性。

　　2、锻造过程监控

　　温度控制：使用红外测温仪实时监测坯料温度，防止因温度下降导致充填不足。

　　设备参数：控制终锻打击能量，避免分模面处流线分层(后续热处理易产生裂纹)。

　　润滑管理：采用石墨+水基润滑剂，减少模具磨损，提高锻件表面质量。

　　四、典型缺陷与解决方案

　　五、行业应用案例

　　汽车前轴工字梁：通过辊锻成形工艺，材料利用率达85%以上，锻件精度满足无损检测要求。

　　航空钛合金结构件：采用分流锻造技术，解决超塑性成形中腹板凹陷问题，实现1028mm大型壳体件的高精度制造。

　　石油钻采法兰盘：应用拼分模工艺，确保两端法兰与中间圆柱的同轴度，减少后续机加工余量。

　　总结：工字型零件锻造需结合材料特性、截面复杂度及尺寸精度要求，综合运用多道次成形、分流技术、拼分模设计等工艺方法，并通过数值模拟优化模具参数，严格控温与润滑，方可实现高效、高质量生产。