最近幾年，中國商用車產銷增速明顯加快，對于商用車連桿類鍛件的需求也與日俱增。但是市場化競爭也日益激烈，如果不能提質降本，將會失去很大的市場份額。然而我公司商用車連桿類鍛件，預鍛模具平均壽命一直很低，模具成本居高不下，制約了公司年度經營目標的實現。另外幾種模具壽命不匹配，頻繁換模，也嚴重影響班產以及鍛件的一致性。因此，提高連桿預鍛模具壽命勢在必行。
連桿預鍛模具壽命分析
預鍛模具壽命影響因素
模具壽命是指在保證制件品質的前提下，模具所能達到的生產次數。影響鍛造模具壽命的因素有很多，如設計合理的鍛造成形件，合理的機械加工工藝及加工精度，合理的模具鋼熱處理工藝。因此，為了提高模具的使用壽命，應著重從以上幾方面考慮。模具的早期失效形式，多為凸模斷裂、模膛邊緣堆塌、飛邊槽橋部龜裂、模腔底部發生裂紋。
商用車連桿結構復雜，不能夠一次成形，我公司商用車連桿生產主要的成形工藝包括輥鍛、壓扁、預鍛和終鍛四個工步。鍛件在預鍛成形過程中，坯料形狀與預鍛型腔結構差別很大，坯料的劇烈流動會對模具產生磨損，變形量越大，料分布越不合理，磨損的越快，相應的模具壽命就越低。對于連桿預鍛模具，橋部磨損非常嚴重，當橋部磨損到一定程度時，橋就失去了封料的作用，鍛件充不滿。同時，鍛件的飛邊也會變厚且不規整，影響后續的生產過程。
模具壽命提升方法
目前，預鍛模具壽命為2500件，終鍛模具壽命為5000件，想提高預鍛模具壽命就得降低預鍛模具的磨損速度。圖1為預鍛模具新舊結構對比圖，圖2是新舊結構的工步件對比圖，從圖中可以看出，舊式壓扁結構成形簡單，只是對輥坯進行一個簡單的拍扁，屬于模糊成形，從結構上舊式壓扁與預鍛相差很大，而新結構壓扁從體積分布上更接近預鍛，從壓扁到預鍛變形量小，料分布更加合理。
結果與分析
對于本文中的商用車連桿鍛件，由于較高的模具制造成本和較長的加工周期，不可能實現多種方案的實際驗證，但是不試驗，還不能尋求最佳的解決方案。為此有限元模擬軟件Forge的引入有助于解決這個關鍵的矛盾，它將鍛造過程中金屬零件的連續變化通過計算機模擬呈現在技術人員面前，幫助技術人員對金屬的流動過程和缺陷進行分析，運用分析數據進行鍛件和模具設計的優化。并且不需要投入實際的生產驗證，從而節約了試模的成本，也因為減少了模具的不斷改動而縮短了零件的研發周期。
有限元分析
鍛造過程中，坯料和模具在高溫、高載荷環境下相互接觸，金屬由于塑性變形在模膛內流動，與模具表面發生相對運動，摩擦使模具表面磨損，最終導致模具失效。數值模擬可以直觀的反映模具的磨損情況。
壓扁之后，坯料放入到預鍛型腔中，如圖3所示，綠色和黃色的結構為連桿的預鍛模具，紅色的是壓扁之后的坯料。從圖中可以看出，新壓扁結構的坯料外形尺寸與預鍛模具型腔匹配性很好，而舊壓扁結構的坯料尺寸與預鍛模具型腔差別很大。
利用Forge仿真軟件對新舊結構進行了模具磨耗的分析，如圖4所示，圖a為采用新壓扁結構時預鍛模具的磨耗云圖，圖b為舊壓扁結構時預鍛模具的損耗云圖，將云圖的磨耗范圍統一更改成0～5000 mm.MPa。從兩幅云圖對比可以看出，舊壓扁結構的磨耗明顯比新壓扁結構的磨耗更嚴重，選取橋部相同位置，磨耗分別為895mm.MPa和1722mm.MPa。壓扁結構改進后，預鍛模具橋部磨損程度明顯降低。這是由于舊式壓扁結構在預鍛成形過程中坯料變形非常大，材料發生了劇烈的流動，所造成的模具磨損也相應更大。而新式壓扁結構，預鍛坯料的料桿外形尺寸已經非常接近預鍛模具桿部型腔的尺寸，未發生劇烈的材料流動，所以造成的模具磨耗也比較小。
實際驗證
根據仿真分析結果，我們選取了最優的壓扁結構進行多次生產驗證，生產時的設備狀態、加熱溫度等參數都與使用原始壓扁結構生產時保持一致。驗證結果如圖5所示，圖a為使用新壓扁結構后的預鍛模具狀態，模具平均壽命能達到5000件，圖c為使用舊壓扁結構后的模具狀態，預鍛模具平均壽命為2500件，從兩幅圖對比可以看出，圖a的模具表面模具狀態明顯比圖c的模具表面狀態好，尤其是橋部磨損，模具壽命提升了一倍。圖b為使用新式壓扁結構后鍛打2500件時的模具狀態，鍛打相同件數時的模具狀態有明顯差別，圖b中的模具型腔基本沒有磨損，橋部磨損也不嚴重。
結論
綜上所述，利用Forge軟件進行模具磨耗分析和多批次實際生產驗證，得出以下結論：商用車連桿的預鍛模具平均壽命由2500件提升到5000件，壽命提升一倍，與終鍛模具壽命基本保持一致，不用頻繁換模，鍛件一致性好，模具成本大幅度降低，為公司實現盈利目標提供有力的支持。
