汽车前轴辊锻成形工艺调试过程

2013-07-27蒋林涛朱国军游晓东湖北三环车桥有限公司

锻造与冲压 2013年11期

文/蒋林涛，朱国军，游晓东·湖北三环车桥有限公司

汽车前轴辊锻成形工艺调试过程

文/蒋林涛，朱国军，游晓东·湖北三环车桥有限公司

我公司于20世纪80年代研究发明了独具特色的“汽车前轴辊锻成形工艺”专利技术，该技术具有投资省、见效快、节能节材、适合大批量生产、产品内在质量好、绿色环保等优点。对大型长杆类锻件来说，采用辊锻工艺生产的锻件有更好的适应性和经济性，锻件流线好，抗疲劳寿命高。辊锻工艺材料利用率高，工人劳动条件好，设备吨位小，对厂房基础要求低，便于实现机械化、自动化生产。但辊锻工艺会造成长度周向变化，很多产品在初始试生产时容易出现严重缺陷。如果不能正确处理这些缺陷，则会产生大量废次品，下面以F321产品为例，介绍辊锻工艺调试中常见的问题及解决办法。

F321前轴产品锻造工艺过程是一个复杂的变形过程，首先对坯料进行辊锻，然后在一般锻压设备上模锻。因此，辊锻件质量很容易受到温度、压下量、展宽量、模具表面粗糙度、材质等因素的影响。在辊锻过程中，周向长度尺寸变化往往比较大。所以辊锻模设计好以后还有一个较长的产品调试、模具修正过程。试验时可能出现辊锻件缺肉、刮伤、倒伏、扭曲等现象。

伸长率误差大

在辊锻成形调试过程中经常出现第二道次、第三道次、第四道次的伸长率误差大，相互周向不吻合。坯料进入第三道次、第四道次时会超前或滞后，出现截面错位，弹簧座圆角及过渡区充形不满、折叠、飞边过大等现象。这是由于前滑值是一个动态值，计算时产生了不可避免的误差。F321前轴产品辊锻过程中出现第三道次辊锻后辊锻件弹簧座圆角缺肉、过渡区肥大等现象，对其伸长率测量分析图如图1所示。

对第二道次辊锻后的辊锻件辊成第三道次辊锻后的辊锻件的过程进行分段伸长率计算：

⑴L1为由咬口到弹簧座的长度，其伸长率为1.521。

⑵L2为咬口弹簧座的长度，其伸长率为1.375。

⑶L3为工字部位的长度，其伸长率为1.529。

⑷L4为收尾弹簧座的长度，其伸长率为1.403。

⑸L5为收尾弹簧座到收尾的长度，其伸长率为1.466。

通过测量发现，L1、L3、L5三处的伸长率与计算值1.5接近，但L2和L4与设计值1.2有较大偏差，这就产生周向错位。实际上第二道次辊锻后的辊锻件钢板部位长度为141mm就足够了，实际长度为160mm，相应的导致第三道次收尾弹簧座发生错移、压下量不均、过渡区肥大、圆角、飞边过大。

图1 延伸率测量分析图

图2 弹簧座圆角充形实物照片

通过修改第二道次辊锻模弹簧座长度，对模具上弹簧座圆角过渡区厚度成形区进行焊补，然后再进行试验，取得较好的效果。弹簧座圆角充形修改前后的实物照片如图2所示。

辊锻过程中的摆尾现象

在预成形辊锻时，经常会出现从收尾钢板座过渡区开始，辊锻件左右摆扭，导致工件侧面与模具侧壁剧烈摩擦刮伤锻件的摆尾现象。这时在工件刮伤的一侧形成宽大的飞边，锻件凸缘变薄，产生的废品如图3所示。

这是因为压下量不均造成辊锻件非对称延伸，使辊锻件形成扭曲。其内部原因较多，如伸长率误差周向不吻合，就有可能引起弹簧座截面成形区错压在过渡区截面上，引起压下量不均，出现摆尾或扭曲、刮伤等现象。这些现象出现后模具调整相当麻烦，轻者影响锻件外观质量，重者会造成辊锻模具报废。

图3 产生摆扭的辊锻件

辊锻过程中的倒料现象

倒料现象也是一种不稳定现象。当第二道次辊锻后的辊锻件进入第三道次辊锻，在收尾弹簧座角部即将完成变形时，从弹簧座圆角到颈部过渡区这一段开始发生沿轴线旋转，延伸到收尾拳头部位附近时旋转角度达到最大。这就是所谓倒料现象，即原来辊锻件的高度方向变成展宽方向，一侧产生大飞边，从工件表面可见到旋转后形成的扭麻花式的缺陷痕迹，如图4所示。

图4 扭麻花式的辊锻件倒料现象

倒料现象对辊锻件的成形危害非常大，可能同时出现缺肉、折叠、刮伤、面片式大飞边等几种缺陷，导致工件报废。倒料缺陷出现的几率在10%左右，具有不确定性。产生倒料的原因非常复杂，大体原因有压下量过大，宽展量过大，不对称变形，坯料与型槽的对中性偏差大，上下模膛型腔轴向错模等。

如出现倒料后修改模具，难度很大。一般出现倒料情况后可直接修复型槽侧面，另外如果各道次辊锻件之间压下量偏大，也会因左右型槽压力不均产生摆倒、刮伤。可减少第一道型槽宽度，增加深度并适当增大第二道次型槽宽度。

夹钳口料头问题分析

为提高辊锻工艺的自动化程度，配备了辊锻机械手，实现了与辊锻机联动自动化送料。在圆钢上的机械手夹持部位不能在辊锻过程中变形，只有通过终锻成形。如果夹钳口料头长度控制不好，可能产生以下不良影响：

⑴对锻件外观质量有较大影响，头部圆钢直径大，架空工件放不正、放不稳，送进型腔后咬口端翘起，板簧座倾斜，导致终锻时钢板部位角部、颈部等局部刮伤，且易出现咬口端缺头。

⑵压形尺寸超差，且咬口圆钢端“拳头”部位压形尺寸大，收尾端“拳头”部位压形尺寸小。

⑶使最后模锻时偏载大，摩擦压力机寿命降低，甚至出现主螺杆断裂。

⑷材料利用率低，夹钳端用于成形咬口端“拳头”部位的圆钢重量约7.5～8kg，而收尾端“拳头”部位只有3.5～4kg，夹钳口料头形状如图5所示。

图5 夹钳口料头

夹钳口圆钢在辊锻过程中没有产生变形，而在终锻时要一次锻打成拳头形状，变形量太大，两端受力不平衡。如果在辊锻中增加调头机械手，那么在第三道次、第四道次辊锻时可对夹钳口圆钢辊锻变形。但调头辊锻对辊锻件的定位、夹紧要求高，对辊锻件长度的一致性要求也较高，困难较大。

在弯曲工序中对咬口端圆钢预变形，将φ140mm截面变形成170mm×90mm的椭圆，在终锻之前对钳口端再增加一次打击变形，将其高度、宽度尺寸变形为110mm×100mm。这样大大减小了该部位的压下量，然后再放进终锻型腔，就不会使工件架空，也使工件在长度方向受力均匀，基本减少和消除了偏载的影响。然后终锻增加了一个工位，操作时间增加，温降增大，终锻温度降低，不利于充形，整个生产线的工序节拍受到影响。

弯曲终锻时圆钢头部变形过程的截面示意图如图6所示。