隨著近些年來國民整體生活水平的提高，逐漸對交通出行質量的要求也越來越高，汽車這一交通工具在老百姓的日常生活中也普及開來。日前一款自主品牌車型為提高整車駕駛品質和生產效率，提出該車后制動器安裝底板制造工藝由原來的鑄造成形工藝改為鍛造成形工藝。通過對該車后制動器安裝底板產品圖分析后制定出相應的預設鍛造工藝，借助Deform有限元模擬軟件對預設成形工藝過程進行模擬，發現預設工藝可在現有設備能力范圍內，使鍛件成形飽滿，沒有折疊。通過對預設工藝過程的模擬，能夠更加直觀、準確的對成形過程中所存在的問題或缺陷進行預見、分析和改進，減少試模環節中工藝變更次數，縮短了產品的生產試驗周期。成形工藝分析
通過對客戶產品圖進行分析，發現該產品外形輪廓形狀為非對稱五邊形，兩角處具有兩圓柱凸臺和位于四邊形臺階的非中心位置孔的不規則薄壁產品，技術要求尺寸和熱處理后硬度符合相關規定，對產品內部組織無特殊要求，圖紙轉化的鍛件圖見圖1、鍛件三維圖見圖2。
預設工藝及分析
⑴由于公司現有設備的限制，目前一種方案是鐓粗和預鍛工序在單點閉式壓力機上進行，精鍛設備采用的是電動螺旋壓力機，另一種方案是采用多工位熱模鍛壓力機；產品材料為40Cr，由于產品整體壁厚較薄，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鍛造；若采用鐓粗（鐓餅）+預鍛+終鍛的成形工藝，在多個鍛造工序傳遞的過程中鍛件溫度會有所降低，到精鍛時鍛件溫度可能相對較低，導致型腔難以充滿，精鍛成形鍛噸位增大，影響設備和模具壽命。措施：鍛造工藝采用橫向鐓粗+開式終鍛成形的方法，減少了預鍛工序，減少了預鍛過程中鍛件與模具熱接觸和工序傳遞過程中熱量的散失；鐓粗將棒料橫置鐓扁，坯料外輪廓近似方形，相對貼近于精鍛模腔，預設工藝鍛造工步圖見圖3。
⑵由于產品壁厚薄，在切邊和沖孔時易使產品變形，尤其對非中心位置孔沖孔極易產生變形。措施：鍛后增加整形工序，使用兩個對稱的切邊上下模對鍛件沖孔、切邊后產生的平面變形進行矯正，使平面變形量控制在技術要求允許的范圍內。⑶現有電動螺旋壓力機模架最大允許裝模外徑為φ230mm，因為鍛件外形輪廓為不規則的五邊形，所以只能將型腔中心近似設計在模具中心附近減少偏載，因此無法增加脫模頂出機構（脫模困難），無法增加模具鎖扣（模具錯位僅依靠模架導柱導套來保證），并且現有沖孔、切邊也由于模板尺寸的限制，無法實現沖孔、切邊的工序。措施：考慮到生產成本，將螺旋壓力機模具和模具壓套增大，依靠錐面壓緊，模架不進行改動；上下模具型腔深度在5mm左右，為保證脫模效果良好，拔模斜度設計為5°；根據鍛件最大投影截面積計算得出飛邊厚度為2mm左右，但為確保鍛件能更好的脫模，以及減小模具和設備損耗，飛邊厚度設計為3mm；由于無法增加頂料機構，為方便現場鉗料，在飛邊橋部開設有鉗口（如圖4精鍛上、下模）；為了沖孔時更好的定位和減少沖孔變形，沖孔下模設計為仿形半包圍模具（如圖5沖孔下模），但是因為公司主打產品的原因，導致模架結構無法增加壓邊圈，并不能很好地控制沖孔變形；因為產品外形輪廓尺寸的限制，通過增大切邊上、下模外徑尺寸，并且相應地將原模架下模板擴大，設計為局部避空壓平模具（如圖6切邊上、下模），減少切邊時的變形，切邊模具刃口間隙設計單邊0.6mm。
預設工藝過程模擬
通過對預設工藝分析后又借助Deform有限元模擬軟件對預設工藝成形過程進行了模擬分析，設定坯料尺寸為φ60mm×77.9mm，坯料網格劃分數量為41040個，坯料加熱溫度為1160℃，上、下模具溫度為200℃，環境溫度為10℃，熱對流交換系數為0.02 N/s·mm℃，選擇41Cr4作為模擬材料，鐓粗上模速度設為300mm/s、精鍛上模速度設定為350mm/s，摩擦系數均設定為0.3，熱傳導率為5W/（m·K）。
鐓粗過程模擬：將坯料橫向鐓粗進行模擬如圖7所示，當鐓坯鐓粗高度至24.1mm時溫度場分布如圖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，鐓粗模擬形態近似方形。
精鍛過程模擬：通過對鐓坯相對精鍛模腔的兩個不同放置方向進行模擬（如圖9），發現鍛坯相對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行鍛造，當鍛件凸臺厚度到17.1mm時，所需噸位約為1360噸（如圖10.a），且成形過程中鍛件無缺肉、無折疊；鍛坯按圖9中的右圖方式放置，當鍛件凸臺高度到16.9mm時，所需噸位約880噸（如圖10.b），且成形過程中鍛件無缺肉、無折疊。
通過對比發現鐓坯按圖11（即圖9中的右圖）相對精鍛型腔方向放置，成形時流動阻力更小，更易于成形，鍛造噸位更低。試樣生產環節
試模環節
試模過程中按預設工藝進行，并且對兩模擬結果進行了驗證，將鐓坯在模腔中的兩不同放置方向的成形做了試驗，1000t的電動螺旋壓力機打擊能量在58%時，按圖9中左圖的放置方式成形后，非加工面測量厚度9.4mm，凸臺厚度18mm，飛邊厚度3.8mm，兩凸臺圓角存在缺肉現象；按圖11的放置方式成形后，非加工面測量厚度8.9mm，凸臺厚度17.4mm，飛邊厚度3.2mm，鍛件成形飽滿無缺肉現象；但因為實際生產中的模具潤滑、設備和環境因素影響，所以摩擦系數和熱傳導系數與模擬時所設定的數值存在差異，實際鍛造結果也與模擬結果并不完全相符。⑴棒料實際加熱溫度范圍在1130～1185℃之間，由于橫向鐓粗高度低，在鐓粗與精鍛的傳遞過程中，鐓坯表面溫度下降快，極易形成氧化皮，導致終鍛后鍛件表面質量有所欠缺；后將鐓坯高度調高至33mm，表面氧化情況有所改善，且鍛件無缺肉情況。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，且兩凸臺圓角處有缺肉現象，調整上、下模脫模劑噴涂方向后脫模情況和缺肉現象改善明顯。⑶沖孔時發現沖孔后鍛件平面變形程度較大，肉眼可見，導致變形后的鍛件在切邊時無法很好的定位，便臨時決定取消沖孔，改為后道機加工車削內孔；取消沖孔工序后，經過切邊后鍛件，殘留飛邊極少（切邊后的鍛件如圖12所示）；通過試制調整15件左右后，現場各環節參數基本穩定，螺旋壓力機打擊能量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，通過在400t壓力機上冷整形，平面變形小于0.3mm符合要求。⑷由于模具尺寸限制無法在模具上增加導向，僅依靠模架和設備保證鍛件錯位很難完美實現，故上下模具有約0.3mm的錯位，在技術要求范圍內可以接受。
鍛后試樣檢驗
鍛件試樣生產結束后，質量檢驗人員取樣對此次試樣做全尺寸檢驗和酸洗實驗，試樣檢驗結果全部符合圖紙要求，酸洗后鍛件表面無缺肉和折疊現象，樣件酸洗前后對照圖見圖13。
試樣結果
鍛件試樣經過質量檢驗人員的檢測后，樣件符合圖紙要求，該批試樣300件（左右對稱件各150件）拋丸后，流入下工序進行機加工，經過機加工及機加工全尺寸檢驗，以及表面處理驗證合格后交樣主機廠。
結束語
通過借助Deform有限元模擬軟件對預設工藝進行模擬，可以預見部分生產中可能出現的問題或缺陷，驗證了預設工藝的可行性，減少了實際生產試模環節中工藝的變更，提高了試模過程中對工藝參數控制的方向性，縮短了研發周期；但因為實際生產中環境因素和人為因素等的影響，實際鍛造結果也與模擬結果并不完全相符，但極具參考意義。
