一種限制料流動的預(yù)成形方案設(shè)計

文／張向卓，孟俊·陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司

同步器滑動齒套是我公司需求量較大的一個零件，該件的鍛件(圖1)在鍛造自動線上生產(chǎn)。為便于后續(xù)表述，將該件中間部分稱輪轂，腹板部分稱輪輻，外側(cè)部分稱輪緣。

該件輪轂處厚度為44mm，輪緣處厚度為26mm，輪轂處厚度為輪緣處的1.7倍，輪轂處型腔體積大，不易充滿，并且由于該件在鍛造自動線上生產(chǎn)，對工藝的穩(wěn)定性要求更高，因此對預(yù)成形方案有更高的要求。

原方案介紹及分析

原成形方案介紹

由于該件批量大，設(shè)計在自動線上生產(chǎn)，該件成形工步分四步：預(yù)鐓粗、鐓粗、預(yù)鍛、終鍛，如圖2所示。

該方案是按常規(guī)件的經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計的。由于平鐓粗比成形鐓粗在生產(chǎn)中更穩(wěn)定可靠，因此鐓粗工步采取平鐓粗，但該件采用平鐓粗時常規(guī)的預(yù)鍛設(shè)計無法合理分料，導(dǎo)致預(yù)鍛輪轂處缺料過多，因此該方案在實際生產(chǎn)中存在以下幾點問題：

云南·昆明綠色的都是菜，會動的都是肉，去吃湯汁豐濃肉片鮮嫩的過橋米線、滋補養(yǎng)生的汽鍋雞、花香彌漫的鮮花餅、鮮美暖胃的野生菌菇煲、蘸料豐富的燒餌塊......

圖2 成形工步

⑴輪轂處充滿較差。

⑵輪輻處易出毛刺。

⑶終鍛上模壽命低，生產(chǎn)約6000件后模具開裂，開裂部位在輪輻內(nèi)側(cè)φ179mm對應(yīng)的模具凹圓角處。開裂模具見圖3。

圖3 開裂模具

原方案分析

針對存在的問題，利用DEFORM軟件對原方案進(jìn)行仿真模擬，模擬結(jié)果如下：

⑴預(yù)鍛成形時料向外流動較多，導(dǎo)致輪轂處嚴(yán)重缺料，如圖4上圖所示。

圖4 坯料流動趨勢

⑵終鍛成形時輪緣部分先充滿，此時輪轂部分還有很大范圍的缺肉，可以看到外側(cè)的料向內(nèi)側(cè)回流，并且此時輪緣部分產(chǎn)生563MPa的壓應(yīng)力，如圖4下圖所示。

⑶輪轂處完全充滿時，鍛件外圓產(chǎn)生毛刺，此時輪緣部分最大壓應(yīng)力為1280MPa，此時載荷為4.14×107N，約4200t，如圖5所示。

對比實際情況，經(jīng)過模擬可看出，該方案在成形過程中由于輪轂處缺料較多，輪轂處較難充滿，在輪緣充滿后上模繼續(xù)向下移動，此時料會大范圍向內(nèi)橫向流動，輪緣處受到的壓應(yīng)力急劇增加。由于該部位模具凹圓角處為應(yīng)力集中點，在交變應(yīng)力作用下，模具凹圓角處疲勞開裂。

圖5 受力分析

成形方案改進(jìn)及生產(chǎn)驗證

改進(jìn)方案

通過分析可以發(fā)現(xiàn)原方案的主要問題在于輪轂處缺料，以此為切入點，通過反復(fù)模擬和優(yōu)化，得出了一種較為理想的方案。

由于預(yù)鐓粗和鐓粗工步的基本方案沒做改動，此處不再詳述。新方案主要是預(yù)鍛工步的改進(jìn)，在預(yù)鍛工步的輪輻處設(shè)計斜度，增加坯料向外流動的阻力，限制坯料的流動方向，使輪轂部分存儲更多的坯料，圖6為預(yù)鍛工步的設(shè)計。

圖6 預(yù)鍛工步設(shè)計

改進(jìn)方案模擬分析

改進(jìn)后的方案模擬結(jié)果如下：

⑴預(yù)鍛成形時輪輻處的料向內(nèi)流向輪轂處，有效補充了輪轂處的模具空腔，如圖7所示。

圖7 改進(jìn)后的坯料流動趨勢

⑵終鍛成形時輪轂部分先充滿，此時輪緣部分也接近充滿，終鍛上模繼續(xù)向下壓時，輪轂處多的料會流向連皮倉部，坯料流動范圍小，如圖8上圖所示。

⑶此時鍛件完全充滿，當(dāng)前載荷為3.31×107N，約3400t，打擊力較原方案降低了20%，如圖8下圖所示。

生產(chǎn)驗證

此方案經(jīng)過實際生產(chǎn)獲得了質(zhì)量良好的鍛件，見圖9。經(jīng)過批量生產(chǎn)驗證后，鍛件質(zhì)量良好且生產(chǎn)穩(wěn)定，模具沒有出現(xiàn)過開裂失效，模具壽命從原來約6000件提高到15000件以上，此方案較原方案改善效果明顯。

圖8 改進(jìn)后的受力分析

圖9 產(chǎn)品

結(jié)束語

通過模擬分析及生產(chǎn)驗證，可以發(fā)現(xiàn)對于輪轂和輪緣厚度相差較大的鍛件，可以通過在預(yù)鍛工步增加阻尼結(jié)構(gòu)，達(dá)到合理分料的目的，這樣可以有效提高鍛件質(zhì)量，同時可以改善模具受力情況，提高模具使用壽命。