大型軸類鍛件輥鍛制坯失穩(wěn)淺析

文/吳萬心，成希鋒，杜立東，張振水·中國(guó)重汽集體濟(jì)南動(dòng)力有限公司鑄鍛中心

大型軸類鍛件輥鍛制坯失穩(wěn)淺析

文/吳萬心，成希鋒，杜立東，張振水·中國(guó)重汽集體濟(jì)南動(dòng)力有限公司鑄鍛中心

重型汽車前軸輥鍛制坯過程會(huì)出現(xiàn)坯料失穩(wěn)旋轉(zhuǎn)問題，從設(shè)備、模具設(shè)計(jì)、制造和安裝等方面進(jìn)行分析和驗(yàn)證，確定影響輥鍛坯料旋轉(zhuǎn)的主要原因，從而找出相應(yīng)的解決辦法。

背景介紹前軸是汽車上承受載荷較大的重要零件之一，對(duì)其具有較高的剛性、強(qiáng)度和疲勞壽命要求。我單位生產(chǎn)的重型汽車前軸鍛造毛坯重120kg，采用φ1000mm自動(dòng)輥鍛機(jī)進(jìn)行輥鍛制坯，在KP12500熱模鍛壓力機(jī)上模鍛生產(chǎn)。由于金屬材料的輥鍛熱加工過程是十分復(fù)雜的高溫、動(dòng)態(tài)過程，過程開放性差，坯料在旋轉(zhuǎn)的上下輥之間的模具中變形存在前滑和后移，故輥鍛穩(wěn)定性較差，實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)前軸輥鍛過程坯料失穩(wěn)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，輥后毛坯出現(xiàn)輥鍛毛邊。輥鍛毛邊如圖1所示，這嚴(yán)重影響前軸鍛打質(zhì)量。對(duì)于輥鍛過程坯料失穩(wěn)旋轉(zhuǎn)問題，我們結(jié)合生產(chǎn)過程從輥鍛設(shè)備、模具制造工藝設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行分析和驗(yàn)證，摸索了一定經(jīng)驗(yàn)，就輥鍛坯料旋轉(zhuǎn)原因分析和驗(yàn)證情況進(jìn)行簡(jiǎn)單總結(jié)。

圖1 輥鍛毛邊

吳萬心，鍛造技術(shù)部主管工程師，主要從事鍛造毛坯的工藝工裝設(shè)計(jì)和改進(jìn)工作，主持完成的《輥鍛機(jī)項(xiàng)目開發(fā)與應(yīng)用》項(xiàng)目獲得濟(jì)南市“講理想、比貢獻(xiàn)”優(yōu)秀科技項(xiàng)目三等獎(jiǎng)，獲得濟(jì)南市“青年技術(shù)創(chuàng)新能手”，重汽集團(tuán)“職工技術(shù)創(chuàng)新能手”等稱號(hào)。

前軸輥鍛工藝

原材料采用42CrMo, 尺寸φ115mm× 1417mm，兩道次輥鍛，橢圓—方型槽，采用中頻電爐加熱，輥鍛溫度1200℃，使用φ1000mm自動(dòng)輥鍛機(jī)生產(chǎn)，鍛輥轉(zhuǎn)速為30r/min。輥鍛毛坯尺寸如圖2所示。

圖2 輥鍛毛坯尺寸

輥鍛毛坯缺陷

前軸輥鍛制坯后，輥鍛毛坯末端出現(xiàn)輥鍛毛邊，通過觀察輥鍛過程發(fā)現(xiàn)在第二道輥鍛快結(jié)束時(shí)，坯料發(fā)生失穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)部位一般從中桿和板座過渡區(qū)位置開始，到輥鍛末端旋轉(zhuǎn)到最大結(jié)束。從輥鍛坯料受力分析判斷第一道輥鍛毛坯進(jìn)入第二道輥鍛時(shí)，在型腔中受力不均勻形成旋轉(zhuǎn)力矩從而造成坯料旋轉(zhuǎn)。坯料旋轉(zhuǎn)如圖3所示。

圖3 坯料旋轉(zhuǎn)圖

引起坯料失穩(wěn)旋轉(zhuǎn)的原因和分析驗(yàn)證

結(jié)合生產(chǎn)過程，從設(shè)備、模具、機(jī)械手旋轉(zhuǎn)角度、工藝設(shè)計(jì)方面進(jìn)行分析驗(yàn)證。

輥鍛機(jī)設(shè)備精度

輥鍛機(jī)設(shè)備使用時(shí)間長(zhǎng)、老化、精度差，特別是上下軋輥軸承磨損間隙變大，導(dǎo)致上下軋輥旋轉(zhuǎn)速度不一致，造成上下模具發(fā)生前后位移，輥鍛過程中坯料受力不均勻從而發(fā)生旋轉(zhuǎn)。

我廠的φ1000mm自動(dòng)輥鍛機(jī)使用時(shí)間不長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)上下輥軸承間隙在0.2～0.3mm之間，設(shè)備精度可以，而且該設(shè)備在輥鍛其他產(chǎn)品時(shí)，未發(fā)生旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，排除設(shè)備精度因素影響。

模具制造型腔對(duì)中性

模具型腔系采用橢圓—方形槽系，特別是第二道方形槽，要求模具型腔對(duì)中性較高，對(duì)中性變差造成坯料和模具接觸先后形成旋轉(zhuǎn)力矩，也容易發(fā)生旋轉(zhuǎn)。

現(xiàn)場(chǎng)使用樣板檢測(cè)模具型腔對(duì)中性，發(fā)現(xiàn)模具型腔存在制造偏差，特別是第二道中桿和板座方型腔對(duì)中性存在差異，焊修模具，保證上下模具型腔對(duì)中性后再次驗(yàn)證，旋轉(zhuǎn)情況改善不大，輥鍛后毛坯依然存在毛邊。

機(jī)械手夾鉗旋轉(zhuǎn)角度偏差

第一道輥鍛結(jié)束后，坯料通過夾鉗旋轉(zhuǎn)90度，如果夾鉗旋轉(zhuǎn)角度出現(xiàn)偏差也容易造成坯料旋轉(zhuǎn)。

圖4 夾鉗旋轉(zhuǎn)角度

圖5 輥鍛導(dǎo)向板

圖6 輥鍛缺陷部位圖

現(xiàn)場(chǎng)采用夾鉗夾持坯料，檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角度是否旋轉(zhuǎn)到位（旋轉(zhuǎn)90度），連續(xù)檢測(cè)5件，角度偏差在1度范圍內(nèi)，排除夾鉗旋轉(zhuǎn)角度誤差。夾鉗旋轉(zhuǎn)角度如圖4所示。

機(jī)械手夾鉗和模具對(duì)中性

由于前軸輥鍛坯料屬于細(xì)長(zhǎng)類，第一道輥鍛后，由于坯料自重原因，易發(fā)生下垂現(xiàn)象，旋轉(zhuǎn)90度后，夾持坯料在水平方向出現(xiàn)彎曲，在進(jìn)入第二道型腔后和模具對(duì)中出現(xiàn)偏差，造成坯料旋轉(zhuǎn)。

現(xiàn)場(chǎng)通過加大夾持長(zhǎng)度，保證第一道輥鍛后毛坯不下垂，同時(shí)坯料在進(jìn)入第二道輥鍛時(shí)增加輥鍛導(dǎo)向板，輥鍛導(dǎo)向板如圖5所示。保證輥鍛過程中坯料不彎曲變形，驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)坯料旋轉(zhuǎn)情況依然存在。

模具設(shè)計(jì)各區(qū)段匹配性

模具設(shè)計(jì)一般采用圖表法設(shè)計(jì)，選取的參數(shù)都是經(jīng)驗(yàn)值，輥鍛過程存在前滑和后移，輥鍛毛坯特別是在不同截面的過渡區(qū)段易出現(xiàn)輥鍛毛邊和不滿模，其輥鍛缺陷部位如圖6所示。

現(xiàn)場(chǎng)修訂一二道中桿和板座過渡區(qū)段角度，提高中桿和板座過渡區(qū)段的匹配性，坯料旋轉(zhuǎn)情況基本消除，輥后無毛邊，輥鍛毛坯滿足鍛打要求。

結(jié)論

對(duì)于細(xì)長(zhǎng)類輥鍛毛坯，輥鍛過程中坯料容易出現(xiàn)失穩(wěn)旋轉(zhuǎn)問題，我們公司生產(chǎn)的前軸輥鍛制坯坯料旋轉(zhuǎn)的因素主要是各區(qū)段工藝設(shè)計(jì)不匹配造成的。其他影響因素如設(shè)備精度、模具制造精度、夾鉗旋轉(zhuǎn)角度等不是主要原因，當(dāng)然每個(gè)廠家生產(chǎn)過程情況不一樣，影響輥鍛坯料旋轉(zhuǎn)的主要因素也因廠而異。