文／武絡(luò)，周擁軍，李云飛，閆利軍·車奇楠·內(nèi)蒙古一機集團富成鍛造有限責(zé)任公司

隨著汽車輕量化技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，以鋁合金為代表的輕型材料越來越廣泛地應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，同時帶動了重卡汽車以調(diào)鋼拓鋁為政策指引的產(chǎn)品開發(fā)。鋁合金輪輞連接盤產(chǎn)品是我公司近期開發(fā)的一款重卡零部件產(chǎn)品，以替代原鋼質(zhì)材料產(chǎn)品，鋁合金材質(zhì)輪輞連接盤較之前的鋼材質(zhì)輪輞重量減輕2/3，此外，我公司成功開發(fā)出具有錘上鍛造工藝特點的新型鋁合金材料生產(chǎn)工藝。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與工藝分析

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點

圖1 鋁合金輪輞連接盤

該輪輞連接盤產(chǎn)品零件結(jié)構(gòu)如圖1所示，產(chǎn)品屬重卡汽車輪轂部件，配合車輪在行駛過程中的平順和安全性，因此實際鍛造生產(chǎn)過程中性能控制要求較高。依據(jù)圖1所示的產(chǎn)品零件基本結(jié)構(gòu)進行鍛件的設(shè)計與分析，計算得出該產(chǎn)品包容體的質(zhì)量為32.7kg，所得鍛件復(fù)雜系數(shù)為0.303，屬于S3級較復(fù)雜鍛件。

該鍛件(圖2)上表面有均勻分布的花瓣結(jié)構(gòu)，下表面有五個均勻分布的凸臺結(jié)構(gòu)，凸起和花瓣處附近的金屬在鍛造過程中流動受阻，易產(chǎn)生折疊和不能充型的情況，再加上產(chǎn)品原材料(鋁合金6061)的材料流動性、可鍛性較其他鋁合金差，不僅需要消耗更多的設(shè)備能量，而且產(chǎn)品整體鍛造成形難度大。

工藝技術(shù)設(shè)計難度解決措施

圖2 重卡鋁合金輪輞連接盤鍛件實體

圖3 預(yù)鍛、終鍛模具示意圖

⑴增加預(yù)鍛工序。通過分析計算鍛件各截面面積，結(jié)合有限元模擬分析，充分調(diào)整預(yù)鍛模與終鍛模的匹配程度，特別在花瓣和凸起等位置，充分考慮鍛件溫度變化對材料流動的影響，優(yōu)化對應(yīng)位置處的尺寸設(shè)計，以達到完全充型的目的，圖3為產(chǎn)品設(shè)計優(yōu)化后的預(yù)鍛、終鍛模具示意圖。

⑵預(yù)鍛、終鍛模具設(shè)計中采取相同的熱收縮系數(shù)。如熱收縮率選取不當，花瓣或凸起部位尺寸會發(fā)生錯位，在終鍛過程中易發(fā)生花瓣重皮或折疊缺陷。設(shè)計過程中利用DEFORM-3D軟件進行仿真分析，優(yōu)化選取該產(chǎn)品在預(yù)鍛和終鍛厚度、直徑等方向的不同熱收縮率數(shù)值設(shè)計，同時在易發(fā)生加工缺陷的部位單獨加大圓角過渡，經(jīng)數(shù)次模擬后選取最佳模具設(shè)計方案，并通過實際生產(chǎn)驗證，證明了模擬方案選擇的正確性，模擬過程所設(shè)置相關(guān)參數(shù)如表1所示。

圖4 DEFORM-3D模擬效果圖

表1 模擬相關(guān)參數(shù)設(shè)置

⑶生產(chǎn)過程中，嚴格控制終鍛溫度，鍛造過程中按工藝頻次對坯料進行測溫觀察，針對鍛造坯料溫度低于350℃的坯料，回爐進行再次加熱處理，保證鍛件的最終成形質(zhì)量。

工藝流程

工藝流程為：下料(高速帶鋸)→加熱(室式電爐)→鐓粗→預(yù)、終鍛鍛造成形(5M1-5M2模鍛錘)→切邊(500t/630t壓力機)→技術(shù)檢驗→探傷(滲透探傷)→固溶時效→表面清理(噴砂)→鍛件終檢→轉(zhuǎn)機加。

鍛造工藝

計算下料規(guī)格。依據(jù)該鋁合金輪輞連接盤鍛件圖，通過經(jīng)驗計算、實體造型及有限元模擬分析等手段，綜合計算得出下料規(guī)格尺寸為φ260mm×(75±2)mm，經(jīng)小批(60件)生產(chǎn)驗證，滿足生產(chǎn)要求，已固化到生產(chǎn)工藝。

⑴加熱。鋁合金6061材料，鍛造加熱設(shè)計溫度為(450±10)℃，工藝定制為電阻室式爐加熱，并用光學(xué)高溫計按一定頻次進行檢測并做好記錄，避免鍛造時鍛件過燒或溫度過低。

⑵鍛造成形。根據(jù)模擬分析結(jié)果，制坯采取鐓粗方式，將坯料鐓至(36±2)mm，然后進行預(yù)鍛、終鍛成形。為設(shè)計符合錘上鍛造生產(chǎn)特點的鍛造工藝，生產(chǎn)工藝中規(guī)定預(yù)、終鍛打擊次數(shù)均為8次，鍛打過程中為保證該鋁合金材料變形控制在有效范圍內(nèi)，第一、二錘使用輕錘鍛打，第三、四錘中錘鍛打，第五-八錘重錘鍛打，一方面充分保證原材料的流動速率，另一方面避免多次打擊的情況下出現(xiàn)鍛造缺陷。

⑶潤滑。與傳統(tǒng)合金鋼鍛造潤滑相比，鋁合金6061材料的鍛造過程對潤滑劑的潤滑效果要求更高。由于該材料粘附力大，流動性差，鍛造過程中常常形成金屬流動困難，因此模具必須經(jīng)過充分潤滑，以改善模具表面狀態(tài)來降低摩擦阻力，保證鍛件表面質(zhì)量和幾何尺寸。產(chǎn)品實際生產(chǎn)中采用標號20的炮用潤滑油脂（標準SH/T 0383-2005)作為模具潤滑劑，不但能避免常規(guī)水基石墨潤滑在高溫狀態(tài)下汽化對鍛件的沖擊，而且油脂燃燒后產(chǎn)生的熱量在一定程度上保持坯料溫度和模具溫度不會快速降低，更有利于產(chǎn)品充型。

⑷切邊。鍛件由500t/630t壓力機一次性完成切邊過程。

探傷

鍛件切邊完成后，待鍛件冷卻后需對鍛件進行探傷。基于鋁合金材料非磁性特點，結(jié)合公司實際，選擇了鋁合金產(chǎn)品使用較為廣泛的滲透探傷方式，利用該探傷方式可有效地對鋁合金工件進行表面缺損檢測，從而判定鍛件有無折疊等缺陷。

熱處理及終檢

依據(jù)該產(chǎn)品的性能要求，技術(shù)人員通過反復(fù)試驗驗證，最終確定該產(chǎn)品的熱處理工藝方案為固溶+人工時效，固溶：(525±5)℃，保溫時間180min，水冷；時效溫度(165±5)℃，保溫時間480min，最終得到的產(chǎn)品性能指標為：抗拉強度≥310MPa，屈服強度≥276MPa，完全符合用戶對產(chǎn)品的性能要求。

結(jié)束語

通過該重卡輕量化鋁合金輪輞連接盤產(chǎn)品的工藝試制及生產(chǎn)驗證，最終證明產(chǎn)品的工藝方案、鍛造及熱處理工藝參數(shù)正確、合理，能夠切實指導(dǎo)生產(chǎn)。試制所用的生產(chǎn)設(shè)備、工藝裝備、檢測儀器及檢測方法能夠保證產(chǎn)品的質(zhì)量要求，生產(chǎn)的產(chǎn)品鍛件外觀質(zhì)量、尺寸精度均得到用戶的高度認可。