最近幾年，中國(guó)商用車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)增速明顯加快，對(duì)于商用車(chē)連桿類(lèi)鍛件的需求也與日俱增。但是市場(chǎng)化競(jìng)爭(zhēng)也日益激烈，如果不能提質(zhì)降本，將會(huì)失去很大的市場(chǎng)份額。然而我公司商用車(chē)連桿類(lèi)鍛件，預(yù)鍛模具平均壽命一直很低，模具成本居高不下，制約了公司年度經(jīng)營(yíng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。另外幾種模具壽命不匹配，頻繁換模，也嚴(yán)重影響班產(chǎn)以及鍛件的一致性。因此，提高連桿預(yù)鍛模具壽命勢(shì)在必行。
連桿預(yù)鍛模具壽命分析
預(yù)鍛模具壽命影響因素
模具壽命是指在保證制件品質(zhì)的前提下，模具所能達(dá)到的生產(chǎn)次數(shù)。影響鍛造模具壽命的因素有很多，如設(shè)計(jì)合理的鍛造成形件，合理的機(jī)械加工工藝及加工精度，合理的模具鋼熱處理工藝。因此，為了提高模具的使用壽命，應(yīng)著重從以上幾方面考慮。模具的早期失效形式，多為凸模斷裂、模膛邊緣堆塌、飛邊槽橋部龜裂、模腔底部發(fā)生裂紋。
商用車(chē)連桿結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能夠一次成形，我公司商用車(chē)連桿生產(chǎn)主要的成形工藝包括輥鍛、壓扁、預(yù)鍛和終鍛四個(gè)工步。鍛件在預(yù)鍛成形過(guò)程中，坯料形狀與預(yù)鍛型腔結(jié)構(gòu)差別很大，坯料的劇烈流動(dòng)會(huì)對(duì)模具產(chǎn)生磨損，變形量越大，料分布越不合理，磨損的越快，相應(yīng)的模具壽命就越低。對(duì)于連桿預(yù)鍛模具，橋部磨損非常嚴(yán)重，當(dāng)橋部磨損到一定程度時(shí)，橋就失去了封料的作用，鍛件充不滿。同時(shí)，鍛件的飛邊也會(huì)變厚且不規(guī)整，影響后續(xù)的生產(chǎn)過(guò)程。
模具壽命提升方法
目前，預(yù)鍛模具壽命為2500件，終鍛模具壽命為5000件，想提高預(yù)鍛模具壽命就得降低預(yù)鍛模具的磨損速度。圖1為預(yù)鍛模具新舊結(jié)構(gòu)對(duì)比圖，圖2是新舊結(jié)構(gòu)的工步件對(duì)比圖，從圖中可以看出，舊式壓扁結(jié)構(gòu)成形簡(jiǎn)單，只是對(duì)輥坯進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的拍扁，屬于模糊成形，從結(jié)構(gòu)上舊式壓扁與預(yù)鍛相差很大，而新結(jié)構(gòu)壓扁從體積分布上更接近預(yù)鍛，從壓扁到預(yù)鍛變形量小，料分布更加合理。
結(jié)果與分析
對(duì)于本文中的商用車(chē)連桿鍛件，由于較高的模具制造成本和較長(zhǎng)的加工周期，不可能實(shí)現(xiàn)多種方案的實(shí)際驗(yàn)證，但是不試驗(yàn)，還不能尋求最佳的解決方案。為此有限元模擬軟件Forge的引入有助于解決這個(gè)關(guān)鍵的矛盾，它將鍛造過(guò)程中金屬零件的連續(xù)變化通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬呈現(xiàn)在技術(shù)人員面前，幫助技術(shù)人員對(duì)金屬的流動(dòng)過(guò)程和缺陷進(jìn)行分析，運(yùn)用分析數(shù)據(jù)進(jìn)行鍛件和模具設(shè)計(jì)的優(yōu)化。并且不需要投入實(shí)際的生產(chǎn)驗(yàn)證，從而節(jié)約了試模的成本，也因?yàn)闇p少了模具的不斷改動(dòng)而縮短了零件的研發(fā)周期。
有限元分析
鍛造過(guò)程中，坯料和模具在高溫、高載荷環(huán)境下相互接觸，金屬由于塑性變形在模膛內(nèi)流動(dòng)，與模具表面發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，摩擦使模具表面磨損，最終導(dǎo)致模具失效。數(shù)值模擬可以直觀的反映模具的磨損情況。
壓扁之后，坯料放入到預(yù)鍛型腔中，如圖3所示，綠色和黃色的結(jié)構(gòu)為連桿的預(yù)鍛模具，紅色的是壓扁之后的坯料。從圖中可以看出，新壓扁結(jié)構(gòu)的坯料外形尺寸與預(yù)鍛模具型腔匹配性很好，而舊壓扁結(jié)構(gòu)的坯料尺寸與預(yù)鍛模具型腔差別很大。
利用Forge仿真軟件對(duì)新舊結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模具磨耗的分析，如圖4所示，圖a為采用新壓扁結(jié)構(gòu)時(shí)預(yù)鍛模具的磨耗云圖，圖b為舊壓扁結(jié)構(gòu)時(shí)預(yù)鍛模具的損耗云圖，將云圖的磨耗范圍統(tǒng)一更改成0～5000 mm.MPa。從兩幅云圖對(duì)比可以看出，舊壓扁結(jié)構(gòu)的磨耗明顯比新壓扁結(jié)構(gòu)的磨耗更嚴(yán)重，選取橋部相同位置，磨耗分別為895mm.MPa和1722mm.MPa。壓扁結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，預(yù)鍛模具橋部磨損程度明顯降低。這是由于舊式壓扁結(jié)構(gòu)在預(yù)鍛成形過(guò)程中坯料變形非常大，材料發(fā)生了劇烈的流動(dòng)，所造成的模具磨損也相應(yīng)更大。而新式壓扁結(jié)構(gòu)，預(yù)鍛坯料的料桿外形尺寸已經(jīng)非常接近預(yù)鍛模具桿部型腔的尺寸，未發(fā)生劇烈的材料流動(dòng)，所以造成的模具磨耗也比較小。
實(shí)際驗(yàn)證
根據(jù)仿真分析結(jié)果，我們選取了最優(yōu)的壓扁結(jié)構(gòu)進(jìn)行多次生產(chǎn)驗(yàn)證，生產(chǎn)時(shí)的設(shè)備狀態(tài)、加熱溫度等參數(shù)都與使用原始?jí)罕饨Y(jié)構(gòu)生產(chǎn)時(shí)保持一致。驗(yàn)證結(jié)果如圖5所示，圖a為使用新壓扁結(jié)構(gòu)后的預(yù)鍛模具狀態(tài)，模具平均壽命能達(dá)到5000件，圖c為使用舊壓扁結(jié)構(gòu)后的模具狀態(tài)，預(yù)鍛模具平均壽命為2500件，從兩幅圖對(duì)比可以看出，圖a的模具表面模具狀態(tài)明顯比圖c的模具表面狀態(tài)好，尤其是橋部磨損，模具壽命提升了一倍。圖b為使用新式壓扁結(jié)構(gòu)后鍛打2500件時(shí)的模具狀態(tài)，鍛打相同件數(shù)時(shí)的模具狀態(tài)有明顯差別，圖b中的模具型腔基本沒(méi)有磨損，橋部磨損也不嚴(yán)重。
結(jié)論
綜上所述，利用Forge軟件進(jìn)行模具磨耗分析和多批次實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，得出以下結(jié)論：商用車(chē)連桿的預(yù)鍛模具平均壽命由2500件提升到5000件，壽命提升一倍，與終鍛模具壽命基本保持一致，不用頻繁換模，鍛件一致性好，模具成本大幅度降低，為公司實(shí)現(xiàn)盈利目標(biāo)提供有力的支持。
