■ 張向卓,李文新,李士磊
眾所周知,模鍛錘是應(yīng)用最廣的一種模鍛設(shè)備。開式模鍛工藝適應(yīng)性強(qiáng),所以目前錘上模鍛大多以開式模鍛為主。但是由于開式模鍛不可避免會(huì)產(chǎn)生飛邊,導(dǎo)致原材料利用率較低,且較之閉式鍛造還需要增加切邊工序。隨著設(shè)備精度及下料精度的提升,通過工藝優(yōu)化,可在模鍛錘上實(shí)現(xiàn)簡單件的精密成形。
以某輕型貨車變速器中某齒輪件為例(見圖1),通過工藝優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)錘上精密鍛造,并最終獲得質(zhì)量良好的鍛件。
圖1 齒輪件剖面
此齒輪件由于生產(chǎn)批量不大,故設(shè)計(jì)在模鍛錘上生產(chǎn),且考慮此齒輪件為簡單盤類體,易于充形,故設(shè)計(jì)為模鍛錘上閉式鍛造,并在鍛造中直接鍛出油槽。但實(shí)際生產(chǎn)過程中,發(fā)現(xiàn)有以下幾點(diǎn)問題:
(1)鍛后油槽表面有類似壓痕的缺陷。
(2)鍛件有局部出毛刺和充不滿的現(xiàn)象。
(3)鍛件偶有折疊缺陷。
經(jīng)觀察分析,在模鍛錘上鍛造時(shí),鍛件極易跳模,跳模后鍛件周向無法重新準(zhǔn)確定位,因此,經(jīng)多次鍛打時(shí)油槽錯(cuò)位,導(dǎo)致油槽處產(chǎn)生類似壓痕的缺陷。
另外,利用模鍛錘平砧制坯時(shí),坯料直徑及厚度波動(dòng)較大,坯料在型腔中無法準(zhǔn)確定位,直徑偏小時(shí)放入型腔后間隙大容易放偏,直徑偏大時(shí)又不能完全放入型腔,這些都會(huì)導(dǎo)致鍛件局部出毛刺和充不滿。
對(duì)于鍛件折疊,經(jīng)模擬分析發(fā)現(xiàn)在鍛打時(shí)如果打擊能量過高,會(huì)出現(xiàn)局部金屬橫向流動(dòng)過快,帶動(dòng)周邊金屬流動(dòng),從而產(chǎn)生了類似對(duì)流的現(xiàn)象并造成折疊。
針對(duì)原工藝存在的問題,分析后進(jìn)行如下改進(jìn):
(1)為防止鍛件跳模導(dǎo)致油槽成形出現(xiàn)缺陷,在下模設(shè)計(jì)用于定位鍛件的余塊,下模及定位余塊結(jié)構(gòu)如圖2b所示,定位余塊設(shè)計(jì)在連皮位置,沖孔時(shí)可直接沖掉,因此,不會(huì)導(dǎo)致鍛件局部加工余量增加,并且余塊體積小,對(duì)原材料消耗影響不大。
(2)閉式鍛造中,鐓粗制坯餅大小至關(guān)重要,為保證制坯餅大小,在模體上設(shè)計(jì)鐓粗臺(tái),鐓粗臺(tái)如圖2c所示。通過上下模體對(duì)擊,利用鐓粗臺(tái)固定高度可以保證制坯餅厚的一致性,從而保證制坯餅的大小。
(3)完成設(shè)計(jì)后,利用Deform軟件進(jìn)行模擬仿真,旨在驗(yàn)證方案的可行性及合理設(shè)定每錘鍛打的打擊能量。
對(duì)于該設(shè)計(jì)方案,利用Deform-3D進(jìn)行模擬仿真分析。結(jié)合實(shí)際情況,模擬過程的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)定如附表所示。
圖2 模具
模擬過程參數(shù)設(shè)定
圖3為用Deform-3D進(jìn)行模擬的結(jié)果,第495步(見圖3a)、第608步(見圖3b)、打擊能量曲線(見圖3c)。圖3c中曲線為設(shè)備載荷曲線,其中X坐標(biāo)為模擬過程的步數(shù),Y坐標(biāo)為設(shè)備載荷,其中1~481步為鐓粗制坯過程,482~609步為成形過程。通過模擬可以看出,定位余塊在成形初始時(shí)已充滿,可保證利用余塊定位的可靠性,如圖3a所示;成形過程金屬流動(dòng)順暢,油槽及減重凹槽處的充滿效果良好,無折疊等缺陷產(chǎn)生,如圖3b所示。經(jīng)模擬分析,此方案可行,進(jìn)而進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)。
生產(chǎn)用的模鍛錘、鍛件及成品實(shí)物如圖4所示。
圖3 Deform-3D模擬結(jié)果
圖4 生產(chǎn)實(shí)物
利用優(yōu)化后工藝進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)時(shí),制坯大小合適,定位良好,定位余塊可以準(zhǔn)確定位保證鍛件油槽方向,實(shí)際生產(chǎn)的鍛件質(zhì)量穩(wěn)定,無折疊及局部出毛刺和未充滿等缺陷的產(chǎn)生;根據(jù)模擬結(jié)果優(yōu)化了鍛錘打擊能量的設(shè)定,提高了生產(chǎn)效率的同時(shí),模具壽命也得到提高?,F(xiàn)此齒輪鍛件已順利完成批量生產(chǎn),成品已應(yīng)用于某品牌輕型貨車上。
對(duì)于類似件如采用本方案進(jìn)行生產(chǎn)時(shí),有以下幾點(diǎn)建議:
對(duì)于模鍛錘上閉式生產(chǎn),設(shè)備的下頂出是必要的。
閉式鍛造對(duì)制坯大小要求更為嚴(yán)格,為保證制坯尺寸,可在模具上設(shè)計(jì)鐓粗臺(tái)。
設(shè)計(jì)模具時(shí)要合理設(shè)計(jì)導(dǎo)向結(jié)構(gòu),防止嚴(yán)重錯(cuò)模。
成形過程中如果打擊能量過大,容易造成折疊等缺陷,因此建議先輕擊預(yù)變形后再重錘充形。
根據(jù)Deform模擬情況合理設(shè)定打擊能量,可以避免能量浪費(fèi),減少模具吸收的打擊能量,有效提高模具使用壽命。