汽車前軸輥鍛成形工藝調(diào)試過程

文/蔣林濤，朱國(guó)軍，游曉東·湖北三環(huán)車橋有限公司

汽車前軸輥鍛成形工藝調(diào)試過程

文/蔣林濤，朱國(guó)軍，游曉東·湖北三環(huán)車橋有限公司

我公司于20世紀(jì)80年代研究發(fā)明了獨(dú)具特色的“汽車前軸輥鍛成形工藝”專利技術(shù)，該技術(shù)具有投資省、見效快、節(jié)能節(jié)材、適合大批量生產(chǎn)、產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量好、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)大型長(zhǎng)桿類鍛件來說，采用輥鍛工藝生產(chǎn)的鍛件有更好的適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性，鍛件流線好，抗疲勞壽命高。輥鍛工藝材料利用率高，工人勞動(dòng)條件好，設(shè)備噸位小，對(duì)廠房基礎(chǔ)要求低，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)。但輥鍛工藝會(huì)造成長(zhǎng)度周向變化，很多產(chǎn)品在初始試生產(chǎn)時(shí)容易出現(xiàn)嚴(yán)重缺陷。如果不能正確處理這些缺陷，則會(huì)產(chǎn)生大量廢次品，下面以F321產(chǎn)品為例，介紹輥鍛工藝調(diào)試中常見的問題及解決辦法。

F321前軸產(chǎn)品鍛造工藝過程是一個(gè)復(fù)雜的變形過程，首先對(duì)坯料進(jìn)行輥鍛，然后在一般鍛壓設(shè)備上模鍛。因此，輥鍛件質(zhì)量很容易受到溫度、壓下量、展寬量、模具表面粗糙度、材質(zhì)等因素的影響。在輥鍛過程中，周向長(zhǎng)度尺寸變化往往比較大。所以輥鍛模設(shè)計(jì)好以后還有一個(gè)較長(zhǎng)的產(chǎn)品調(diào)試、模具修正過程。試驗(yàn)時(shí)可能出現(xiàn)輥鍛件缺肉、刮傷、倒伏、扭曲等現(xiàn)象。

伸長(zhǎng)率誤差大

在輥鍛成形調(diào)試過程中經(jīng)常出現(xiàn)第二道次、第三道次、第四道次的伸長(zhǎng)率誤差大，相互周向不吻合。坯料進(jìn)入第三道次、第四道次時(shí)會(huì)超前或滯后，出現(xiàn)截面錯(cuò)位，彈簧座圓角及過渡區(qū)充形不滿、折疊、飛邊過大等現(xiàn)象。這是由于前滑值是一個(gè)動(dòng)態(tài)值，計(jì)算時(shí)產(chǎn)生了不可避免的誤差。F321前軸產(chǎn)品輥鍛過程中出現(xiàn)第三道次輥鍛后輥鍛件彈簧座圓角缺肉、過渡區(qū)肥大等現(xiàn)象，對(duì)其伸長(zhǎng)率測(cè)量分析圖如圖1所示。

對(duì)第二道次輥鍛后的輥鍛件輥成第三道次輥鍛后的輥鍛件的過程進(jìn)行分段伸長(zhǎng)率計(jì)算：

⑴L1為由咬口到彈簧座的長(zhǎng)度，其伸長(zhǎng)率為1.521。

⑵L2為咬口彈簧座的長(zhǎng)度，其伸長(zhǎng)率為1.375。

⑶L3為工字部位的長(zhǎng)度，其伸長(zhǎng)率為1.529。

⑷L4為收尾彈簧座的長(zhǎng)度，其伸長(zhǎng)率為1.403。

⑸L5為收尾彈簧座到收尾的長(zhǎng)度，其伸長(zhǎng)率為1.466。

通過測(cè)量發(fā)現(xiàn)，L1、L3、L5三處的伸長(zhǎng)率與計(jì)算值1.5接近，但L2和L4與設(shè)計(jì)值1.2有較大偏差，這就產(chǎn)生周向錯(cuò)位。實(shí)際上第二道次輥鍛后的輥鍛件鋼板部位長(zhǎng)度為141mm就足夠了，實(shí)際長(zhǎng)度為160mm，相應(yīng)的導(dǎo)致第三道次收尾彈簧座發(fā)生錯(cuò)移、壓下量不均、過渡區(qū)肥大、圓角、飛邊過大。

圖1 延伸率測(cè)量分析圖

圖2 彈簧座圓角充形實(shí)物照片

通過修改第二道次輥鍛模彈簧座長(zhǎng)度，對(duì)模具上彈簧座圓角過渡區(qū)厚度成形區(qū)進(jìn)行焊補(bǔ)，然后再進(jìn)行試驗(yàn)，取得較好的效果。彈簧座圓角充形修改前后的實(shí)物照片如圖2所示。

輥鍛過程中的擺尾現(xiàn)象

在預(yù)成形輥鍛時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)從收尾鋼板座過渡區(qū)開始，輥鍛件左右擺扭，導(dǎo)致工件側(cè)面與模具側(cè)壁劇烈摩擦刮傷鍛件的擺尾現(xiàn)象。這時(shí)在工件刮傷的一側(cè)形成寬大的飛邊，鍛件凸緣變薄，產(chǎn)生的廢品如圖3所示。

這是因?yàn)閴合铝坎痪斐奢佸懠菍?duì)稱延伸，使輥鍛件形成扭曲。其內(nèi)部原因較多，如伸長(zhǎng)率誤差周向不吻合，就有可能引起彈簧座截面成形區(qū)錯(cuò)壓在過渡區(qū)截面上，引起壓下量不均，出現(xiàn)擺尾或扭曲、刮傷等現(xiàn)象。這些現(xiàn)象出現(xiàn)后模具調(diào)整相當(dāng)麻煩，輕者影響鍛件外觀質(zhì)量，重者會(huì)造成輥鍛模具報(bào)廢。

圖3 產(chǎn)生擺扭的輥鍛件

輥鍛過程中的倒料現(xiàn)象

倒料現(xiàn)象也是一種不穩(wěn)定現(xiàn)象。當(dāng)?shù)诙来屋佸懞蟮妮佸懠M(jìn)入第三道次輥鍛，在收尾彈簧座角部即將完成變形時(shí)，從彈簧座圓角到頸部過渡區(qū)這一段開始發(fā)生沿軸線旋轉(zhuǎn)，延伸到收尾拳頭部位附近時(shí)旋轉(zhuǎn)角度達(dá)到最大。這就是所謂倒料現(xiàn)象，即原來輥鍛件的高度方向變成展寬方向，一側(cè)產(chǎn)生大飛邊，從工件表面可見到旋轉(zhuǎn)后形成的扭麻花式的缺陷痕跡，如圖4所示。

圖4 扭麻花式的輥鍛件倒料現(xiàn)象

倒料現(xiàn)象對(duì)輥鍛件的成形危害非常大，可能同時(shí)出現(xiàn)缺肉、折疊、刮傷、面片式大飛邊等幾種缺陷，導(dǎo)致工件報(bào)廢。倒料缺陷出現(xiàn)的幾率在10%左右，具有不確定性。產(chǎn)生倒料的原因非常復(fù)雜，大體原因有壓下量過大，寬展量過大，不對(duì)稱變形，坯料與型槽的對(duì)中性偏差大，上下模膛型腔軸向錯(cuò)模等。

如出現(xiàn)倒料后修改模具，難度很大。一般出現(xiàn)倒料情況后可直接修復(fù)型槽側(cè)面，另外如果各道次輥鍛件之間壓下量偏大，也會(huì)因左右型槽壓力不均產(chǎn)生擺倒、刮傷?？蓽p少第一道型槽寬度，增加深度并適當(dāng)增大第二道次型槽寬度。

夾鉗口料頭問題分析

為提高輥鍛工藝的自動(dòng)化程度，配備了輥鍛機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)了與輥鍛機(jī)聯(lián)動(dòng)自動(dòng)化送料。在圓鋼上的機(jī)械手夾持部位不能在輥鍛過程中變形，只有通過終鍛成形。如果夾鉗口料頭長(zhǎng)度控制不好，可能產(chǎn)生以下不良影響：

⑴對(duì)鍛件外觀質(zhì)量有較大影響，頭部圓鋼直徑大，架空工件放不正、放不穩(wěn)，送進(jìn)型腔后咬口端翹起，板簧座傾斜，導(dǎo)致終鍛時(shí)鋼板部位角部、頸部等局部刮傷，且易出現(xiàn)咬口端缺頭。

⑵壓形尺寸超差，且咬口圓鋼端“拳頭”部位壓形尺寸大，收尾端“拳頭”部位壓形尺寸小。

⑶使最后模鍛時(shí)偏載大，摩擦壓力機(jī)壽命降低，甚至出現(xiàn)主螺桿斷裂。

⑷材料利用率低，夾鉗端用于成形咬口端“拳頭”部位的圓鋼重量約7.5～8kg，而收尾端“拳頭”部位只有3.5～4kg，夾鉗口料頭形狀如圖5所示。

圖5 夾鉗口料頭

夾鉗口圓鋼在輥鍛過程中沒有產(chǎn)生變形，而在終鍛時(shí)要一次鍛打成拳頭形狀，變形量太大，兩端受力不平衡。如果在輥鍛中增加調(diào)頭機(jī)械手，那么在第三道次、第四道次輥鍛時(shí)可對(duì)夾鉗口圓鋼輥鍛變形。但調(diào)頭輥鍛對(duì)輥鍛件的定位、夾緊要求高，對(duì)輥鍛件長(zhǎng)度的一致性要求也較高，困難較大。

在彎曲工序中對(duì)咬口端圓鋼預(yù)變形，將φ140mm截面變形成170mm×90mm的橢圓，在終鍛之前對(duì)鉗口端再增加一次打擊變形，將其高度、寬度尺寸變形為110mm×100mm。這樣大大減小了該部位的壓下量，然后再放進(jìn)終鍛型腔，就不會(huì)使工件架空，也使工件在長(zhǎng)度方向受力均勻，基本減少和消除了偏載的影響。然后終鍛增加了一個(gè)工位，操作時(shí)間增加，溫降增大，終鍛溫度降低，不利于充形，整個(gè)生產(chǎn)線的工序節(jié)拍受到影響。

彎曲終鍛時(shí)圓鋼頭部變形過程的截面示意圖如圖6所示。

輥坯長(zhǎng)度的控制

輥鍛直坯的長(zhǎng)度與鍛造溫度、模具型腔粗糙度、壓下量、展寬量、變截面過渡方式等因素有關(guān)，所以輥鍛件直坯長(zhǎng)度變化較大，不易控制，不能在終鍛模型腔準(zhǔn)確放正，長(zhǎng)度方向位置不能定位，使鍛件產(chǎn)生缺頭或折疊。

圖6 圓鋼頭部變形過程的截面示意圖

要控制輥坯長(zhǎng)度首先要控制好鋼坯的加熱溫度，一般在1150～1250℃之間。然后根據(jù)不同情況，采用不同措施。如果輥坯較長(zhǎng)可調(diào)節(jié)金屬乳化切削液的濃度，弱化潤(rùn)滑功能；如果輥坯較短，可在輥鍛時(shí)增加第一道次、第二道次輥鍛時(shí)輥坯的壓下量，加長(zhǎng)第二道次、第三道次工字梁截面部位的自由前滑區(qū)。

結(jié)束語

如何發(fā)揮該特色技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)利益最大化，解決輥鍛工藝初始試生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的上述5個(gè)問題，成為核心的關(guān)鍵。我公司總結(jié)幾年來的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出結(jié)論，采用該特色技術(shù)后，調(diào)試廢品率從原來的5‰下降到現(xiàn)在的1.5‰，相對(duì)應(yīng)的材料利用率同比提高了2%。

蔣林濤，高級(jí)工程師，規(guī)劃發(fā)展部副部長(zhǎng)，是“汽車前軸冷加工鏜銑復(fù)合工藝”、“一種鐵路貨車用鉤尾框的制造方法”、“一種采用輥鍛模鍛和焊接工藝制造復(fù)雜汽車前軸的方法”等多項(xiàng)發(fā)明專利發(fā)明人。