輥鍛模設(shè)計(jì)在轉(zhuǎn)向臂件成形工藝中的應(yīng)用

近年來隨著汽車行業(yè)迅速發(fā)展，對(duì)輕型車轉(zhuǎn)向彎臂這種形狀復(fù)雜的鍛件在尺寸精度、內(nèi)在和表面質(zhì)量等方面的要求越來越嚴(yán)格，合理設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向彎臂成形工藝及模具結(jié)構(gòu)成為解決這些問題的關(guān)鍵。結(jié)合我公司的生產(chǎn)需要，制訂出輥鍛制坯+摩擦壓力機(jī)模鍛的復(fù)合工藝為：下料→中頻感應(yīng)加熱→輥鍛制坯→彎曲→鍛造→切邊→校正→熱處理，針對(duì)不同的轉(zhuǎn)向彎臂設(shè)計(jì)出合理的輥鍛工藝和終鍛模具設(shè)計(jì)成為研究重點(diǎn)。

輥鍛數(shù)值模擬及結(jié)果分析。輥鍛過程中金屬變形十分復(fù)雜，目前對(duì)金屬變形規(guī)律主要還是來自經(jīng)驗(yàn)積累，需要反復(fù)調(diào)整設(shè)計(jì)和調(diào)試?，F(xiàn)有公式基本都是經(jīng)驗(yàn)公式，無法為輥鍛提供準(zhǔn)確的計(jì)算方法和結(jié)果。在工藝調(diào)試過程中，多次修改是不可避免的。因此，對(duì)輥鍛成形過程進(jìn)行有限元模擬，從而來指導(dǎo)整個(gè)輥鍛模具的設(shè)計(jì)是十分必要的，這樣可以節(jié)省許多調(diào)試時(shí)間，同時(shí)也可以節(jié)約生產(chǎn)成本。采用有限元模擬軟件DEFORM對(duì)輥鍛過程進(jìn)行數(shù)值模擬，分析輥鍛過程中的金屬流動(dòng)規(guī)律、應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)、溫度場(chǎng)和模具載荷的分布等信息，從而考察輥鍛過程的設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)金屬變形規(guī)律的影響，并為優(yōu)化模具設(shè)計(jì)參數(shù)提供依據(jù)。

（1）輥鍛模間隙的合理選擇模具間隙是影響制坯質(zhì)量的重要因素，也會(huì)導(dǎo)致坯料彎曲。模具間隙過大，坯料不能得到較好的限位，輥鍛過程中會(huì)發(fā)生坯料與模具不接觸的狀況，從而影響坯料成形質(zhì)量；模具間隙過小，則坯料所受變形力的不均勻性也會(huì)增大，從而使坯料金屬變形時(shí)流動(dòng)不均勻，這些都會(huì)導(dǎo)致輥鍛時(shí)彎曲現(xiàn)象的發(fā)生，輥鍛模間隙越小，坯料彎曲的程度越大。因此，選擇合理的模具間隙是得到截面滿足生產(chǎn)要求的輥鍛件的重要保證，也是防止坯料在輥鍛過程中出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象的重要因素。

（2）轉(zhuǎn)向彎臂制坯輥鍛模具設(shè)計(jì) 輥鍛變形的實(shí)質(zhì)就是坯料的延伸變形過程，較錘上拔長(zhǎng)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，輥鍛制坯的任務(wù)是采用輥鍛工藝鍛制供模鍛用毛坯。采用輥鍛工藝對(duì)坯料進(jìn)行各部分金屬的重新分配比錘上鍛造生產(chǎn)效率要高，勞動(dòng)條件好，節(jié)材效果明顯，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

確定各工步的槽系后在輥鍛模具設(shè)計(jì)中需要考慮前滑值對(duì)零件影響。輥鍛時(shí)模具要承受著較大的壓力，同時(shí)又是在反復(fù)加熱和冷卻的條件下工作的，模具受熱溫度可達(dá)300～500℃。模具內(nèi)部存在著交變應(yīng)力的作用，很容易形成熱疲勞裂紋、龜裂等，故要求模具鋼的硬度較高，否則模塊會(huì)產(chǎn)生壓塌變形，型槽表面具有較高的硬度和耐磨性，輥出的毛坯達(dá)不到輥鍛件的要求，模具的壽命也會(huì)降低。

（3）模鍛成形數(shù)值模擬 數(shù)值模擬為實(shí)際生產(chǎn)提供了良好的指導(dǎo)作用，但仍需要采用實(shí)際生產(chǎn)試驗(yàn)來驗(yàn)證模擬結(jié)果的可靠性。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)際驗(yàn)證，改進(jìn)后同樣的模具結(jié)構(gòu)，同樣的模具材料和熱處理工藝，每副模具的平均壽命達(dá)到5960件，是改進(jìn)前的三倍。原因是：材料在輥鍛時(shí)金屬得以重新分配，減少了金屬在終鍛型腔的流動(dòng)。下料毛坯尺寸減小，在終鍛時(shí)形成的飛邊小，減少了金屬向飛邊流動(dòng)。按照塑性成形規(guī)律，金屬在流向飛邊時(shí)溫度低，飛邊橋部厚度小，流動(dòng)阻力急劇增大，此時(shí)是模具產(chǎn)生磨損的主要時(shí)段，最終造成模具壽命低。終鍛時(shí)形成的飛邊小，成形力小，模具承受的打擊力小，模具壽命提高。工藝改進(jìn)還帶來了附加的效益，一方面，由于坯料下料長(zhǎng)度的減小，縮短了中頻加熱的時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了電能；另一方面，設(shè)備噸位的減小，也減低了能耗，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的社會(huì)效益。