隨著近些年來(lái)國(guó)民整體生活水平的提高，逐漸對(duì)交通出行質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，汽車這一交通工具在老百姓的日常生活中也普及開來(lái)。日前一款自主品牌車型為提高整車駕駛品質(zhì)和生產(chǎn)效率，提出該車后制動(dòng)器安裝底板制造工藝由原來(lái)的鑄造成形工藝改為鍛造成形工藝。通過(guò)對(duì)該車后制動(dòng)器安裝底板產(chǎn)品圖分析后制定出相應(yīng)的預(yù)設(shè)鍛造工藝，借助Deform有限元模擬軟件對(duì)預(yù)設(shè)成形工藝過(guò)程進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)預(yù)設(shè)工藝可在現(xiàn)有設(shè)備能力范圍內(nèi)，使鍛件成形飽滿，沒有折疊。通過(guò)對(duì)預(yù)設(shè)工藝過(guò)程的模擬，能夠更加直觀、準(zhǔn)確的對(duì)成形過(guò)程中所存在的問題或缺陷進(jìn)行預(yù)見、分析和改進(jìn)，減少試模環(huán)節(jié)中工藝變更次數(shù)，縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)試驗(yàn)周期。成形工藝分析
通過(guò)對(duì)客戶產(chǎn)品圖進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該產(chǎn)品外形輪廓形狀為非對(duì)稱五邊形，兩角處具有兩圓柱凸臺(tái)和位于四邊形臺(tái)階的非中心位置孔的不規(guī)則薄壁產(chǎn)品，技術(shù)要求尺寸和熱處理后硬度符合相關(guān)規(guī)定，對(duì)產(chǎn)品內(nèi)部組織無(wú)特殊要求，圖紙轉(zhuǎn)化的鍛件圖見圖1、鍛件三維圖見圖2。
預(yù)設(shè)工藝及分析
⑴由于公司現(xiàn)有設(shè)備的限制，目前一種方案是鐓粗和預(yù)鍛工序在單點(diǎn)閉式壓力機(jī)上進(jìn)行，精鍛設(shè)備采用的是電動(dòng)螺旋壓力機(jī)，另一種方案是采用多工位熱模鍛壓力機(jī)；產(chǎn)品材料為40Cr，由于產(chǎn)品整體壁厚較薄，最薄處僅9mm厚且為非加工面，所以并不適用于熱模鍛壓力機(jī)鍛造；若采用鐓粗（鐓餅）+預(yù)鍛+終鍛的成形工藝，在多個(gè)鍛造工序傳遞的過(guò)程中鍛件溫度會(huì)有所降低，到精鍛時(shí)鍛件溫度可能相對(duì)較低，導(dǎo)致型腔難以充滿，精鍛成形鍛噸位增大，影響設(shè)備和模具壽命。措施：鍛造工藝采用橫向鐓粗+開式終鍛成形的方法，減少了預(yù)鍛工序，減少了預(yù)鍛過(guò)程中鍛件與模具熱接觸和工序傳遞過(guò)程中熱量的散失；鐓粗將棒料橫置鐓扁，坯料外輪廓近似方形，相對(duì)貼近于精鍛模腔，預(yù)設(shè)工藝鍛造工步圖見圖3。
⑵由于產(chǎn)品壁厚薄，在切邊和沖孔時(shí)易使產(chǎn)品變形，尤其對(duì)非中心位置孔沖孔極易產(chǎn)生變形。措施：鍛后增加整形工序，使用兩個(gè)對(duì)稱的切邊上下模對(duì)鍛件沖孔、切邊后產(chǎn)生的平面變形進(jìn)行矯正，使平面變形量控制在技術(shù)要求允許的范圍內(nèi)。⑶現(xiàn)有電動(dòng)螺旋壓力機(jī)模架最大允許裝模外徑為φ230mm，因?yàn)殄懠庑屋喞獮椴灰?guī)則的五邊形，所以只能將型腔中心近似設(shè)計(jì)在模具中心附近減少偏載，因此無(wú)法增加脫模頂出機(jī)構(gòu)（脫模困難），無(wú)法增加模具鎖扣（模具錯(cuò)位僅依靠模架導(dǎo)柱導(dǎo)套來(lái)保證），并且現(xiàn)有沖孔、切邊也由于模板尺寸的限制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)沖孔、切邊的工序。措施：考慮到生產(chǎn)成本，將螺旋壓力機(jī)模具和模具壓套增大，依靠錐面壓緊，模架不進(jìn)行改動(dòng)；上下模具型腔深度在5mm左右，為保證脫模效果良好，拔模斜度設(shè)計(jì)為5°；根據(jù)鍛件最大投影截面積計(jì)算得出飛邊厚度為2mm左右，但為確保鍛件能更好的脫模，以及減小模具和設(shè)備損耗，飛邊厚度設(shè)計(jì)為3mm；由于無(wú)法增加頂料機(jī)構(gòu)，為方便現(xiàn)場(chǎng)鉗料，在飛邊橋部開設(shè)有鉗口（如圖4精鍛上、下模）；為了沖孔時(shí)更好的定位和減少?zèng)_孔變形，沖孔下模設(shè)計(jì)為仿形半包圍模具（如圖5沖孔下模），但是因?yàn)楣局鞔虍a(chǎn)品的原因，導(dǎo)致模架結(jié)構(gòu)無(wú)法增加壓邊圈，并不能很好地控制沖孔變形；因?yàn)楫a(chǎn)品外形輪廓尺寸的限制，通過(guò)增大切邊上、下模外徑尺寸，并且相應(yīng)地將原模架下模板擴(kuò)大，設(shè)計(jì)為局部避空壓平模具（如圖6切邊上、下模），減少切邊時(shí)的變形，切邊模具刃口間隙設(shè)計(jì)單邊0.6mm。
預(yù)設(shè)工藝過(guò)程模擬
通過(guò)對(duì)預(yù)設(shè)工藝分析后又借助Deform有限元模擬軟件對(duì)預(yù)設(shè)工藝成形過(guò)程進(jìn)行了模擬分析，設(shè)定坯料尺寸為φ60mm×77.9mm，坯料網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)量為41040個(gè)，坯料加熱溫度為1160℃，上、下模具溫度為200℃，環(huán)境溫度為10℃，熱對(duì)流交換系數(shù)為0.02 N/s·mm℃，選擇41Cr4作為模擬材料，鐓粗上模速度設(shè)為300mm/s、精鍛上模速度設(shè)定為350mm/s，摩擦系數(shù)均設(shè)定為0.3，熱傳導(dǎo)率為5W/（m·K）。
鐓粗過(guò)程模擬：將坯料橫向鐓粗進(jìn)行模擬如圖7所示，當(dāng)鐓坯鐓粗高度至24.1mm時(shí)溫度場(chǎng)分布如圖8所示，鐓坯上下表面與模具接觸溫度傳遞較快溫度在950℃左右，整體溫度在1170℃左右，鐓粗模擬形態(tài)近似方形。
精鍛過(guò)程模擬：通過(guò)對(duì)鐓坯相對(duì)精鍛模腔的兩個(gè)不同放置方向進(jìn)行模擬（如圖9），發(fā)現(xiàn)鍛坯相對(duì)精鍛模腔放置方向不同，鍛造噸位相差較大。鐓坯按圖9中的左圖方式放置進(jìn)行鍛造，當(dāng)鍛件凸臺(tái)厚度到17.1mm時(shí)，所需噸位約為1360噸（如圖10.a），且成形過(guò)程中鍛件無(wú)缺肉、無(wú)折疊；鍛坯按圖9中的右圖方式放置，當(dāng)鍛件凸臺(tái)高度到16.9mm時(shí)，所需噸位約880噸（如圖10.b），且成形過(guò)程中鍛件無(wú)缺肉、無(wú)折疊。
通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)鐓坯按圖11（即圖9中的右圖）相對(duì)精鍛型腔方向放置，成形時(shí)流動(dòng)阻力更小，更易于成形，鍛造噸位更低。試樣生產(chǎn)環(huán)節(jié)
試模環(huán)節(jié)
試模過(guò)程中按預(yù)設(shè)工藝進(jìn)行，并且對(duì)兩模擬結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，將鐓坯在模腔中的兩不同放置方向的成形做了試驗(yàn)，1000t的電動(dòng)螺旋壓力機(jī)打擊能量在58%時(shí)，按圖9中左圖的放置方式成形后，非加工面測(cè)量厚度9.4mm，凸臺(tái)厚度18mm，飛邊厚度3.8mm，兩凸臺(tái)圓角存在缺肉現(xiàn)象；按圖11的放置方式成形后，非加工面測(cè)量厚度8.9mm，凸臺(tái)厚度17.4mm，飛邊厚度3.2mm，鍛件成形飽滿無(wú)缺肉現(xiàn)象；但因?yàn)閷?shí)際生產(chǎn)中的模具潤(rùn)滑、設(shè)備和環(huán)境因素影響，所以摩擦系數(shù)和熱傳導(dǎo)系數(shù)與模擬時(shí)所設(shè)定的數(shù)值存在差異，實(shí)際鍛造結(jié)果也與模擬結(jié)果并不完全相符。在試模生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)以下情況：⑴棒料實(shí)際加熱溫度范圍在1130～1185℃之間，由于橫向鐓粗高度低，在鐓粗與精鍛的傳遞過(guò)程中，鐓坯表面溫度下降快，極易形成氧化皮，導(dǎo)致終鍛后鍛件表面質(zhì)量有所欠缺；后將鐓坯高度調(diào)高至33mm，表面氧化情況有所改善，且鍛件無(wú)缺肉情況。⑵因沒有頂料桿和脫模劑噴涂不均勻、不到位，在試樣的前5～10件，精鍛脫模困難，且兩凸臺(tái)圓角處有缺肉現(xiàn)象，調(diào)整上、下模脫模劑噴涂方向后脫模情況和缺肉現(xiàn)象改善明顯。⑶沖孔時(shí)發(fā)現(xiàn)沖孔后鍛件平面變形程度較大，肉眼可見，導(dǎo)致變形后的鍛件在切邊時(shí)無(wú)法很好的定位，便臨時(shí)決定取消沖孔，改為后道機(jī)加工車削內(nèi)孔；取消沖孔工序后，經(jīng)過(guò)切邊后鍛件，殘留飛邊極少（切邊后的鍛件如圖12所示）；通過(guò)試制調(diào)整15件左右后，現(xiàn)場(chǎng)各環(huán)節(jié)參數(shù)基本穩(wěn)定，螺旋壓力機(jī)打擊能量58%，鍛件非加工面厚度尺寸保持在8.9～9.2mm之間，切邊后鍛件平面變形在0.30～0.45mm之間；待鍛件冷卻后，通過(guò)在400t壓力機(jī)上冷整形，平面變形小于0.3mm符合要求。⑷由于模具尺寸限制無(wú)法在模具上增加導(dǎo)向，僅依靠模架和設(shè)備保證鍛件錯(cuò)位很難完美實(shí)現(xiàn)，故上下模具有約0.3mm的錯(cuò)位，在技術(shù)要求范圍內(nèi)可以接受。
鍛后試樣檢驗(yàn)
鍛件試樣生產(chǎn)結(jié)束后，質(zhì)量檢驗(yàn)人員取樣對(duì)此次試樣做全尺寸檢驗(yàn)和酸洗實(shí)驗(yàn)，試樣檢驗(yàn)結(jié)果全部符合圖紙要求，酸洗后鍛件表面無(wú)缺肉和折疊現(xiàn)象，樣件酸洗前后對(duì)照?qǐng)D見圖13。
試樣結(jié)果
鍛件試樣經(jīng)過(guò)質(zhì)量檢驗(yàn)人員的檢測(cè)后，樣件符合圖紙要求，該批試樣300件（左右對(duì)稱件各150件）拋丸后，流入下工序進(jìn)行機(jī)加工，經(jīng)過(guò)機(jī)加工及機(jī)加工全尺寸檢驗(yàn)，以及表面處理驗(yàn)證合格后交樣主機(jī)廠。
結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)借助Deform有限元模擬軟件對(duì)預(yù)設(shè)工藝進(jìn)行模擬，可以預(yù)見部分生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的問題或缺陷，驗(yàn)證了預(yù)設(shè)工藝的可行性，減少了實(shí)際生產(chǎn)試模環(huán)節(jié)中工藝的變更，提高了試模過(guò)程中對(duì)工藝參數(shù)控制的方向性，縮短了研發(fā)周期；但因?yàn)閷?shí)際生產(chǎn)中環(huán)境因素和人為因素等的影響，實(shí)際鍛造結(jié)果也與模擬結(jié)果并不完全相符，但極具參考意義。
