大型半軸鍛件成形工藝研發(fā)

農(nóng)機(jī)工業(yè)正在向著大型、高端、智能方向發(fā)展，中重大型拖拉機(jī)，是我國(guó)重要的農(nóng)業(yè)機(jī)械，是主要用于牽引和驅(qū)動(dòng)作業(yè)機(jī)械完成各項(xiàng)移動(dòng)式作業(yè)的自走式動(dòng)力機(jī)，由發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤和電器設(shè)備三大部分組成。其中底盤的作用尤其重要，他將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給驅(qū)動(dòng)輪和工作裝置，半軸在動(dòng)力傳遞給驅(qū)動(dòng)輪中承擔(dān)重要作用。

大型半軸是中重型拖拉機(jī)農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品上傳遞扭矩的關(guān)鍵零部件，用于向輪胎傳遞動(dòng)力，從而帶動(dòng)整車前進(jìn)或后退。由于其是動(dòng)力傳輸?shù)年P(guān)鍵部件，工作時(shí)承受沖擊、交變彎曲疲勞載荷和扭力的作用，要求材料具有足夠的抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度和較好的韌性，因此對(duì)產(chǎn)品的各種性能要求較高。既要滿足其在高強(qiáng)度載荷下使用，又要滿足其有足夠的使用壽命。半軸一般由盤部和較長(zhǎng)的細(xì)桿部組成，截面積變化大，鍛造成形工藝性較差。

半軸成形工藝簡(jiǎn)介

國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)半軸主要利用平鍛或擺輾等鍛造工藝方法，在平鍛機(jī)或擺輾機(jī)上進(jìn)行局部鐓粗成形，再經(jīng)過后續(xù)的熱處理和機(jī)加工獲得最終產(chǎn)品。還有一種采用胎模鍛造工藝，其工藝落后，鍛件表面質(zhì)量差，工件余量偏大，操作工勞動(dòng)強(qiáng)度大，只能用于小批量的試制生產(chǎn)。

平鍛工藝：生產(chǎn)效率高，鍛件精度高，設(shè)備投資相對(duì)較大，但成形盤部較大的半軸需要更大噸位的設(shè)備，適用于盤部直徑不大的半軸生產(chǎn)。擺輾工藝：擺輾時(shí)，工件以局部變形代替常規(guī)鍛造中的整體變形，這樣就可以用擺輾機(jī)來(lái)成形需要更大噸位設(shè)備來(lái)成形的工件，勞動(dòng)條件好，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化操作，缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜生產(chǎn)效率低，成形相對(duì)簡(jiǎn)單回轉(zhuǎn)體半軸，適合中小批量半軸生產(chǎn)。

目前，大型半軸鍛件使用一臺(tái)設(shè)備或一個(gè)工藝成形比較困難，無(wú)法滿足異形鍛件成形需求。我公司根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行創(chuàng)新性布局，獨(dú)創(chuàng)1250t 平鍛機(jī)頂鐓工藝制成中間坯聯(lián)合3t自由鍛錘閉式胎模鍛造的新工藝，實(shí)現(xiàn)大型半軸的大批量生產(chǎn)，創(chuàng)造了較高的經(jīng)濟(jì)效益。

工藝設(shè)計(jì)

使用DEFORM 模擬分析軟件對(duì)平鍛制坯工藝過程進(jìn)行模擬分析。首先對(duì)平鍛制坯工藝建立中間坯成形的有限元模型。制坯主要工藝參數(shù)設(shè)置如下：坯料材料選擇為42CrMo 鋼，規(guī)格尺寸為

85mm×1270mm，其中坯料變形部分為715mm，其他模擬分析時(shí)需要的參數(shù)設(shè)置按照常規(guī)一般要求進(jìn)行設(shè)置。平鍛頂鐓工藝制坯成形過程分析如圖5 所示，根據(jù)模擬分析變形過程可見，在成形過程中由于第一道頂鐓工藝鐓粗比較大，坯料在模擬分析510 步出現(xiàn)了明顯的彎曲現(xiàn)象，在后端出現(xiàn)較大的凹陷缺陷，隨著變形逐步增加，彎曲變形受模具結(jié)構(gòu)限制趨勢(shì)逐漸減緩，在1070 步接近于終成形時(shí)，第一道出現(xiàn)的凹陷缺陷還沒有完全消失，從整個(gè)模擬過程分析，雖然凹陷缺陷最終逐漸減緩，但這只是在理論狀態(tài)下的成形過程中已經(jīng)出現(xiàn)坯料彎曲缺陷，實(shí)際頂鐓工藝成形過程中受各種因素影響坯料出現(xiàn)彎曲凹陷缺陷概率很大，如坯料端面斜度、加熱溫度不均勻、坯料直線度、模具安裝精度和設(shè)備精度都會(huì)導(dǎo)致頂鐓成形中出現(xiàn)彎曲折疊現(xiàn)象。

與佳能類似，富士XP130的手柄設(shè)計(jì)也能夠保證穩(wěn)定的握持感受。機(jī)背上的3英寸920畫點(diǎn)顯示屏非常清晰，亮度和色彩表現(xiàn)也屬上乘。盡管20米的防水性能稍遜于佳能和尼康，但是考慮到這臺(tái)相機(jī)的價(jià)位，這樣的表現(xiàn)依舊值得稱贊。XP130擁有最高1.75米的防摔能力以及防潑濺防塵設(shè)計(jì)。和佳能不同，這臺(tái)相機(jī)擁有Wi-Fi功能，但是內(nèi)置GPS則不在配置單當(dāng)中。拍攝方面，XP130能夠拍攝1080p高清視頻，最高連拍速率可達(dá)10fps，光學(xué)防抖系統(tǒng)能夠確保暗光拍攝條件下的畫面清晰度。

2012年，黨中央、國(guó)務(wù)院做出實(shí)現(xiàn)國(guó)家財(cái)政性教育經(jīng)費(fèi)支出占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值比例達(dá)到4%的重大戰(zhàn)略決策的同時(shí)，提出要根據(jù)教育事業(yè)發(fā)展需要，精心設(shè)計(jì)好資金使用項(xiàng)目，要把資金用在最需要的地方。總的原則是緊緊圍繞“育人為本”這個(gè)核心和促進(jìn)公平、提高質(zhì)量這兩大重點(diǎn)，多向農(nóng)村地區(qū)、貧困地區(qū)、民族地區(qū)傾斜，多向農(nóng)村義務(wù)教育、職業(yè)教育、學(xué)前教育傾斜，多向特殊困難學(xué)生傾斜，多向教師隊(duì)伍建設(shè)傾斜，真正做到雪中送炭，把錢花在刀刃上。

圓弧的擬合多以二維問題進(jìn)行，空間圓弧擬合方法較少，且傳統(tǒng)的空間圓弧擬合方法存在魯棒性差、擬合精度易受噪聲影響等缺點(diǎn)。Sung等人提出利用迭代的方法來(lái)增強(qiáng)空間圓弧擬合的魯棒性及抗噪性，但該方法計(jì)算量大，實(shí)用性較低[8]。因此，有必要提出一種魯棒性更強(qiáng)的空間圓弧擬合優(yōu)化方法。

根據(jù)《鍛工手冊(cè)》平鍛頂鐓基本原則可知，當(dāng)毛坯上需要頂鐓部分長(zhǎng)度與其直徑的比值小于等于2.5時(shí)，可以將毛坯一次頂鐓到任意直徑，而不致引起毛坯的彎曲或扭曲。多工步形狀復(fù)雜的聚料頂鐓工藝設(shè)計(jì)計(jì)算非常復(fù)雜，我公司一般采用《鍛工手冊(cè)》頂鐓工步計(jì)算圖進(jìn)行頂鐓工藝設(shè)計(jì)。計(jì)算此半軸成形法蘭盤需要頂鐓部分的鐓粗比在8.4，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過頂鐓基本原則要求，且我公司還沒有這么大數(shù)值鐓粗比的頂鐓工藝生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)《鍛工手冊(cè)》頂鐓工步計(jì)算圖計(jì)算需要三次聚料和一次任意頂鐓才能完成中間坯的成形，這樣需要四個(gè)工步才能完成中間坯的制造，而我公司現(xiàn)有1250t 平鍛機(jī)最大能生產(chǎn)外徑為

160mm的鍛件，裝模空間限制大鍛件生產(chǎn)只能實(shí)現(xiàn)三個(gè)工步的安排。因此創(chuàng)新設(shè)計(jì)對(duì)中間坯的形狀和平鍛工藝進(jìn)行改進(jìn)，又不能影響后續(xù)的胎模閉式鍛造成形，最終設(shè)計(jì)的中間坯平鍛成形工步為三步，如圖3 所示。

自由鍛閉式胎模鍛造以其獨(dú)特的工藝特點(diǎn)和靈活的模具結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)在一些鍛件的生產(chǎn)中可以提高材料利用率，降低生產(chǎn)成本，又可以做到模鍛件的精度和質(zhì)量。閉式胎模鍛造成形工藝和閉式模鍛工藝基本一致，都是在一個(gè)封閉型腔內(nèi)通過加壓使之成形的一種工藝，且模具制造周期短成本低，操作靈活方便，在大型半軸鍛件的大批量生產(chǎn)中具有很高的成本優(yōu)勢(shì)。

無(wú)論是劉強(qiáng)東“第四次零售革命”的概念，抑或是馬云的“線上、線下、物流相融”的理論，其于未來(lái)零售業(yè)的探索從最初起便開始從線上向線下布局。

中間坯平鍛工藝模擬分析及優(yōu)化提高

本文所要討論的大型半軸鍛件三維造型如圖1所示。法蘭盤大盤直徑為

328mm，盤部厚度為30mm，桿部直徑為

85mm，鍛件總長(zhǎng)為650mm，重量約為56.5kg，盤部上端面中間具有一個(gè)凹窩，凹窩里有兩個(gè)小凸臺(tái)，凸臺(tái)為后續(xù)機(jī)加工定位時(shí)防止旋轉(zhuǎn)使用。根據(jù)半軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及鍛造工藝成本分析，只需要成形頭部法蘭盤即可，桿部不參與變形，采用局部鐓粗成形法蘭盤工藝為最佳工藝，其生產(chǎn)成本最低。根據(jù)成形體積不變?cè)瓌t，考慮中頻感應(yīng)加熱爐加熱損耗和盤部成形難度，計(jì)算成形法蘭盤部分所需要的毛坯尺寸為

85mm×715mm，半軸成形需要棒料的尺寸為

85mm×1270mm。根據(jù)我公司的半軸成形工藝特點(diǎn)，首先采用平鍛制坯工藝成形中間坯，再經(jīng)過3t 自由鍛錘閉式胎模鍛鍛造成形，整個(gè)過程一次加熱鍛打成形。大型半軸鍛造工藝過程為：加熱→制坯→終鍛成形，如圖2 所示。

自由鍛錘閉式胎模鍛造工藝參考普通模鍛閉式鍛造工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)3t 自由鍛錘的安裝操作特點(diǎn)，設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)如圖4 所示。中間坯放到胎模型腔里，機(jī)械手夾持胎模模套放到自由鍛錘下砧上，先使用普通平蓋進(jìn)行鐓粗成形，待頭部外徑展開后，再使用成形上蓋進(jìn)行終鍛成形，直到盤部成形完成。

根據(jù)上述模擬分析得出第一道頂鐓過程中會(huì)出現(xiàn)頂鐓失穩(wěn)彎曲缺陷，平鍛頂鐓工藝制坯得不到合理的形狀，給后續(xù)閉式胎模鍛成形帶來(lái)很大的質(zhì)量隱患，盤面出現(xiàn)環(huán)形折疊缺陷，較深的導(dǎo)致鍛件報(bào)廢。對(duì)平鍛頂鐓工藝制坯進(jìn)行工藝改進(jìn)，經(jīng)過優(yōu)化的平鍛頂鐓工藝制坯成形工步圖如圖6 所示。經(jīng)過第二次模擬分析(圖7)整個(gè)成形過程平穩(wěn)，變形過程中在510 步?jīng)]有出現(xiàn)較大的彎曲缺陷，出現(xiàn)了輕微的彎曲現(xiàn)象，在后續(xù)1070 步成形中彎曲現(xiàn)象逐漸變緩，最終成形的中間坯上沒有出現(xiàn)明顯的凹陷缺陷，在后續(xù)的閉式胎模鍛成形中基本不會(huì)形成折疊缺陷。根據(jù)第二次模擬分析，改進(jìn)后頂鐓制坯工藝只需進(jìn)行局部尺寸優(yōu)化即可達(dá)到設(shè)計(jì)要求，形成最終的頂鐓制坯成形工藝。

工藝調(diào)試驗(yàn)證

大型半軸的全套工藝設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行了模具加工制造，并進(jìn)行了首次樣件調(diào)試。按照坯料工藝規(guī)格要求進(jìn)行坯料準(zhǔn)備，加熱后溫度基本均勻達(dá)到工藝要求，坯料經(jīng)過平鍛制坯和閉式胎模鍛鍛打，整個(gè)調(diào)試過程基本順利。中間坯頂鐓成形工藝穩(wěn)定可靠，制坯質(zhì)量較好尺寸達(dá)到圖紙要求，鍛件(圖8)最終成形充滿良好，經(jīng)測(cè)量鍛件全尺寸符合圖紙要求。后續(xù)熱處理后機(jī)械性能達(dá)到圖紙要求，磁粉探傷檢驗(yàn)后盤部沒有發(fā)?現(xiàn)折疊現(xiàn)象。該產(chǎn)品經(jīng)過大批量生產(chǎn)驗(yàn)證此聯(lián)合工藝操作簡(jiǎn)單，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)成本低，鍛件質(zhì)量滿足客戶需求，給公司帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)效益。

結(jié)束語(yǔ)

平鍛頂鐓工藝是一種特殊鍛造工藝，該工藝廣泛應(yīng)用在鍛件局部鐓粗成形領(lǐng)域，可以實(shí)現(xiàn)坯料局部鐓粗大截面變化成形，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成形過程塑性變形情況復(fù)雜，金屬的流動(dòng)形式不同于傳統(tǒng)的鍛造工藝，工藝設(shè)計(jì)計(jì)算復(fù)雜。此大型半軸工藝設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)充分利用現(xiàn)有設(shè)備資源創(chuàng)造性開發(fā)半軸成形新工藝，實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。

教師全景：攝像機(jī)鏡頭自動(dòng)跟蹤錄制，當(dāng)教師在講臺(tái)上移動(dòng)講課時(shí)，錄制畫面為授課教師全景。教師全景畫面時(shí)間也較短，幾秒鐘之后切換到其他畫面。