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
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。
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
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
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。
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
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
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]。
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
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。