文/白景富·中國第一汽車股份有限公司

接頭系列鍛件的工藝改進

文/白景富·中國第一汽車股份有限公司

企業(yè)的發(fā)展離不開創(chuàng)新和改進，如何以更小的成本創(chuàng)造更大的利潤，是企業(yè)永遠追求的主題。在經(jīng)濟高速發(fā)展的今天，提高材料利用率、節(jié)能降耗、改善工作環(huán)境、降低工人的勞動強度、提高工作效率和應用新工藝等措施已勢在必行。本文以1H接頭—轉向縱拉桿為例來論述接頭系列鍛件的工藝改進。

工藝歷史及現(xiàn)狀

1H接頭—轉向縱拉桿原來的鍛造工藝流程為：下料→天然氣加熱→1t蒸汽錘（預鍛、終鍛）→熱切邊→調質→清理→入庫。天然氣加熱時加熱的爐內氣氛、爐溫及加熱質量較難控制，造成鋼材表面氧化嚴重、鍛件表面質量差、能源消耗高和工人勞動條件差等缺點。同時，模具為整體模塊，模具費用高。

后來工藝流程更改為：下料→中頻感應電加熱→16000kN鍛壓機（預鍛、終鍛）→熱切邊→調質→清理→入庫。中頻感應電加熱具有加熱速度快、爐溫控制準確、加熱質量好等優(yōu)點，解決了鋼材表面氧化嚴重、鍛件表面質量差、能源消耗高和工人勞動條件差等問題；同時，模具也由整體模塊結構改為鑲塊結構，模具費用比整體模塊大幅度降低，但鍛件（如圖1）仍然存在以下問題：

⑴鍛件頭部在鍛打時橫著擺放，頭部分模面有毛刺，加工定位時需避開分模面。

⑵鍛件質量大，毛坯消耗大，材料利用率偏低。

⑶加工時鍛件單邊加工余量大，并且為斷續(xù)加工，刀具消耗高，客戶抱怨大。

圖1 鍛件簡圖

新技術的應用及改進

鍛造成形是現(xiàn)代制造業(yè)中的重要加工方法之一。鍛造成形的制件有其他加工方法難以達到的良好的力學性能。但目前鍛造工藝和模具設計，大多仍采用生產(chǎn)調試和類比的傳統(tǒng)方法，不僅調試時費時而且鍛件的質量和精度很難提高。隨著有限元理論的成熟和計算機技術的飛速發(fā)展，進行鍛壓模擬成形分析，并據(jù)此設計或改進工藝和模具，已成為一種行之有效的手段。

FORGE模擬軟件在鍛造設計及工藝改進中的應用可避免由于設計或改進失誤造成模具成本的提高和鍛件的浪費，利用FORGE模擬軟件可清晰地看出已設計或改進模具的金屬在鍛打時的流動方向，鍛件能否充滿，是否產(chǎn)生折疊等，充分指導進行模具設計或改進。為了達到理想的充滿效果，使1H接頭—轉向縱拉桿鍛件在鍛打時頭部盡量以鐓粗的方式成形。首先要研究工藝方案如何確定，原來的預鍛只壓桿部，為了達到理想的成形方式，必須對預鍛進行更改，經(jīng)過反復模擬，需在預鍛將頭部的坯料參與變形。模具的結構由原來的上下模都是平面，更改為如圖2所示的模具結構。

圖2 更改后的模具上下模

為了便于加工和減少加工余量，經(jīng)過與機加單位進行溝通和確認，依據(jù)產(chǎn)品圖，重新確定了鍛件分模面、機械加工余量和公差、模鍛斜度、圓角半徑、鍛件圖及鍛件技術條件。將終鍛鍛打方向和鍛件結構進行了改變，重新設計和會簽了鍛件圖，如圖3所示。

圖3 重新設計的鍛件圖

將預鍛和終鍛的模具結構確認后，并將模具圖進行重新設計。利用上述的FORGE軟件對預鍛及終鍛進行模擬，最終的模擬結果，終鍛件成形效果理想，如圖4所示。經(jīng)過多輪鍛打及機加單位試加工，小批量生產(chǎn)，批量生產(chǎn)時達到了預期目的。

圖4 鍛件模擬結果

改進工藝前后對比分析

⑴鍛件頭部方向立著鍛打，加工定位時不需要避開分模面，提高了工作效率。

⑵鍛件質量減輕，毛坯消耗減少，材料利用率提高了幾個百分點。

⑶加工余量減小，減少了客戶抱怨。

⑷由圖1、3可見，鍛件在改進前頭部上下沒有凹窩，頭部表面不平整，加工時需要先銑頭部的兩個平面，再進行后序加工，余量大，刀具壽命低，加工時間長；產(chǎn)品中間是階梯孔，加工時需要兩次鉆孔，既浪費工時，又費刀具。改進后的鍛件頭部上下有凹窩，頭部表面平整，加工時不需要再銑頭部的兩個平面，可直接進行后序加工，節(jié)省了加工機床，避免了刀具損失，降低了人工成本，提高了工作效率；由于鍛件頭部上下有凹窩，加工時只需要一次鉆孔，減少了加工工序，節(jié)省了刀具費用。

經(jīng)濟、社會效益及建議

經(jīng)濟及社會效益

從改進工藝前后對比分析可以看出，在鍛件生產(chǎn)過程中改進后的生產(chǎn)工藝減少了原材料的損失、提高了材料利用率、減少了電能消耗，同時也減輕了工人勞動強度。對于機加工工位節(jié)省了機床加工時間，減少了維修成本；減少了加工工序，避免了刀具損耗；縮短了加工工時，降低了人工成本，生產(chǎn)效率大幅度提高。通過對系列產(chǎn)品的工藝改進，對頭部及桿部直徑大小不一的接頭系列產(chǎn)品探索出不同的工藝方案，為以后開發(fā)和改進奠定了基礎。在一輛汽車上需要的遠不止兩件接頭—轉向縱拉桿接頭鍛件，類似結構的其他接頭也需要很多。所以，此次接頭系列產(chǎn)品的工藝改進打破了幾十年的鍛造工藝和機加工工藝，無論對熱加工工位還是對冷加工工位均帶來巨大的經(jīng)濟及社會效益和深遠的影響，達到了共贏，并且符合能源消耗少，材料利用率高，生產(chǎn)效率高，工序流程短的“綠色鍛造”理念，推動了企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

建議

相關專家試驗研究已證明35MnV非調質鋼可以取代調質的45鋼，用于生產(chǎn)接頭系列產(chǎn)品。與調質的45鋼相比，用35MnV非調質鋼生產(chǎn)接頭，取消了調質工序，避免了淬火裂紋，降低了能源消耗，35MnV非調質鋼也具有較好的機加工性能，在其他零部件的生產(chǎn)中已廣泛應用。建議可在生產(chǎn)中推廣采用，節(jié)約成本，降低能耗。

結束語

根據(jù)鍛造工藝一般可以采用切邊沖孔復合模對鍛件進行切邊和沖孔。在此次工藝更改中并沒有采用復合模：⑴鍛件的內孔較小且上下孔不一致；⑵切邊沖孔復合模價格是簡單切邊模的三倍以上；⑶在生產(chǎn)過程中使用復合模要求操作者具有較高的調整技能，故障率高，需要經(jīng)常停工修復或更換模具，嚴重影響生產(chǎn)效率；⑷此接頭鍛件在加工時只需要一次鉆孔，所以在此次工藝更改時沒有考慮鍛件沖孔。