李立峰，藺昊，唐林

中車齊齊哈爾車輛有限公司 黑龍江齊齊哈爾 161002

1 序言

我公司對(duì)一系列J形復(fù)雜結(jié)構(gòu)杠桿產(chǎn)品進(jìn)行工藝試制。各類J形杠桿如圖1所示。試制時(shí)均需對(duì)杠桿進(jìn)行折彎。由于杠桿板厚較大，且折彎?rùn)n距?。ㄗ钚?0mm），因此制造難度大。試制時(shí)發(fā)現(xiàn)鍛件的長(zhǎng)度尺寸存在較大波動(dòng)，檔距尺寸存在較大波動(dòng)和超差，出現(xiàn)平面度超差以及不合格品重復(fù)返修，導(dǎo)致杠桿成本居高不下等問(wèn)題。

圖1 各類J形杠桿

為了保證產(chǎn)品的尺寸公差和形位精度，需對(duì)其彎曲工藝進(jìn)行模擬研究，分析金屬在彎曲過(guò)程中的變形規(guī)律，從而優(yōu)化彎曲工藝。在不斷地調(diào)研和論證后，制定出全新的J形杠桿彎曲工藝方法[1]，可使該類產(chǎn)品的質(zhì)量和彎曲效率得到顯著提升，節(jié)約大量能源費(fèi)用，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2 制造工藝難點(diǎn)

為了滿足組裝精度的要求，J形杠桿檔距尺寸和孔邊緣最小壁厚尺寸要求嚴(yán)格，檔距尺寸精度要求高，在彎曲過(guò)程中如何有效地控制變形過(guò)程、保證尺寸精度成為工藝難點(diǎn)。特別是后制動(dòng)杠桿（見圖2），其彎曲半徑小，內(nèi)檔尺寸僅20mm，彎曲難度大。

圖2 后制動(dòng)杠桿

3 彎曲工藝方案的初步擬定

采用常規(guī)彎曲方法很難實(shí)現(xiàn)J形杠桿的彎曲成形；同時(shí)，成形后由于內(nèi)檔金屬的流動(dòng)，會(huì)在彎曲部位產(chǎn)生折疊和褶皺，因此在平板鍛造過(guò)程需要進(jìn)行預(yù)制彎，制彎形狀如圖2b所示。根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)，采用模鍛制坯后在自由鍛錘上用彎曲模進(jìn)行彎曲整形的工藝，彎曲上模、下模分別如圖3、圖4所示。為了使工件在彎曲過(guò)程中不受“啃傷”，且減小彎曲過(guò)程受力，在彎曲下模上設(shè)計(jì)了7°斜梢，并將模具最先接觸的兩側(cè)圓角加大到R25mm[2]。

圖3 彎曲上模

圖4 彎曲下模

4 工藝過(guò)程模擬

采用DEFORM-3D模擬軟件進(jìn)行杠桿彎曲過(guò)程的工藝模擬，分析變形規(guī)律并優(yōu)化生產(chǎn)制造工藝。

4.1 模擬參數(shù)的設(shè)定

坯料溫度設(shè)定為1100℃，網(wǎng)格數(shù)量20萬(wàn)個(gè)；上、下模具溫度200℃，坯料材料為45鋼；上模運(yùn)動(dòng)速度400mm/s，摩擦系數(shù)0.3[3]。彎曲模擬初始位置如圖5所示。

圖5 彎曲模擬初始位置

4.2 模擬過(guò)程

1）彎曲上模在圖6所示初始接觸位置與坯料彎曲接觸，此時(shí)下模兩側(cè)圓角與坯料開始作用；在成形到中間彎曲成形位置（見圖7）時(shí)，上模已經(jīng)與工件完全貼合，工件開始進(jìn)行整體彎曲成形。

圖6 初始接觸位置

圖7 中間彎曲成形位置

2）成形到第118步時(shí)，已初步完成整體的彎曲成形（見圖8），此時(shí)工件還未與下模貼靠，作用仍然產(chǎn)生在兩側(cè)圓角。通過(guò)載荷曲線可以看出上、下彎曲模受力情況差距較大，上模載荷為9.53×104N，下模載荷為6.53×104N， 這是由于下模在彎曲變形過(guò)程中始終受到的是側(cè)向力。通過(guò)成形結(jié)果可以看出，工件僅局部完成了彎曲成形且存在較大開口[4]。

圖8 初步完成整體的彎曲成形

3）當(dāng)模擬到122步時(shí)，工件已經(jīng)完全進(jìn)入下模，此時(shí)下模側(cè)向力較小，主要為下模底部圓弧與工件接觸產(chǎn)生的成形力，最終完成成形（見圖9），模具載荷力直線上升，工件在彎曲圓角根部產(chǎn)生塑性變形，上模載荷為6.02×105N，下模載荷為6.71×105N，是第118步載荷的近10倍。

圖9 最終完成成形

4.3 模擬過(guò)程分析及優(yōu)化建議

通過(guò)對(duì)彎曲成形過(guò)程的模擬可以看出，展開件預(yù)制成形圓角能有效降低彎曲過(guò)程的難度，使得受力更合理、成形更容易；整個(gè)彎曲成形過(guò)程受力主要集中在下模兩側(cè)R25mm圓角與工件接觸部位，且彎曲形狀受下模型腔影響不大[5]；彎曲過(guò)程中模具載荷力基本平穩(wěn)，中間成形時(shí)載荷力稍大，但當(dāng)坯料與下模底部接觸時(shí)載荷力直線上升。

優(yōu)化建議：①?gòu)澢^(guò)程中受力是個(gè)均勻過(guò)程，因此在彎曲過(guò)程中控制上模位置和運(yùn)行速度較為關(guān)鍵。②彎曲過(guò)程應(yīng)盡量避免工件與下模底部接觸，否則會(huì)產(chǎn)生較大的變形抗力，造成模具損壞。③彎曲后會(huì)產(chǎn)生較大的開口，且成形后坯料兩側(cè)存在較小的變形，因此在彎曲成形后需要增加整形和校正過(guò)程[6]。

5 工藝優(yōu)化措施

根據(jù)模擬分析結(jié)果，采取如下工藝優(yōu)化措施。

1）對(duì)彎曲下模進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)：①加大彎曲下模深度和型腔斜度，優(yōu)化模具受力狀態(tài)。②彎曲模具增加了側(cè)定位墻。因鍛件外形不規(guī)則，而定位墻可以保證鍛件彎曲時(shí)與變形方向垂直。

2）增加了長(zhǎng)度整形工裝，保證鍛件在熱狀態(tài)下的長(zhǎng)度尺寸。設(shè)計(jì)檔距和“邁步”整形二合一工裝，用來(lái)保證熱狀態(tài)下杠桿的檔距和尺寸。

3）設(shè)計(jì)了鍛件長(zhǎng)度熱檢測(cè)工裝，可以在生產(chǎn)中對(duì)鍛件長(zhǎng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，若尺寸有問(wèn)題，則直接用長(zhǎng)度整形工裝整形。

4）優(yōu)化工藝流程。后制動(dòng)杠桿優(yōu)化后的熱煨彎方案工藝流程為：加熱→彎曲→長(zhǎng)度整形→檔距整形→軸線對(duì)齊整形→平直度整形→長(zhǎng)度測(cè)量→冷卻。全過(guò)程所用優(yōu)化后的工裝如圖10所示。

圖10 優(yōu)化后的工裝

6 結(jié)束語(yǔ)

工藝優(yōu)化后，杠桿彎曲成形一次合格率達(dá)95%以上，極大地提高了生產(chǎn)效率。該工藝已成功運(yùn)用到多種車型的杠桿生產(chǎn)上，有效地保證了該類杠桿的彎曲質(zhì)量，提高了生產(chǎn)效率。該工藝在吸收典型鍛件彎曲工藝的同時(shí)，創(chuàng)新了杠桿類鍛件彎曲成形工藝方法，對(duì)其他類似鍛件的生產(chǎn)具有借鑒意義。

專家點(diǎn)評(píng)

本例中的J形復(fù)雜結(jié)構(gòu)杠桿產(chǎn)品折彎難度較大。作者根據(jù)產(chǎn)品的形狀特點(diǎn)，分析了金屬?gòu)澢^(guò)程中的變形規(guī)律，通過(guò)工藝優(yōu)化和實(shí)際應(yīng)用，顯著提升了彎曲效率。

文章的專業(yè)性很強(qiáng)，創(chuàng)新了杠桿類鍛件彎曲成形工藝方法，并闡述了彎曲成形工藝的模擬過(guò)程和優(yōu)化措施，總結(jié)出一套經(jīng)濟(jì)實(shí)用的工藝方案。