473QD曲轴锻件小头折纹分析及解决方法

陈清玲

摘 要：针对为某型发动机配套的473QD曲轴锻造过程中，锻件小头出现折纹问题，通过Forge模拟软件对现有的成形过程及缺陷产生过程进行分析，找出问题产生的机理后，通过优化模具，并对优化后的模具进行模拟对比分析，找到最优的解决方案并经过实物验证，有效解决了折纹问题，提升了产品质量及生产效率。

关键词：折纹；优化；数值模拟分析

1 引言

473QD曲轴是我司锻造生产的乘用车曲轴，该产品结构复杂，在生产过程中锻造后小头出现折纹，该问题的出现不仅需要增加一道锻打后小头折纹的返工工序，严重影响了产品质量，同时存在客户外部质量反馈及抱怨的隐患，增加了生产的成本。

2 曲轴小头折纹缺陷分析

因锻件的成形过程受变形方式、变形温度、工装/模具情况和润滑条件的影响，若成形工艺不当，会引起折叠、裂纹等缺陷。为了避免实际生产过程当中反复地更改模具进行生产验证，造成不必要的浪费，本项目通过使用Forge模拟软件对锻件成形及缺陷产生过程进行模拟分析，确定模具的更改更改方案。

按照现有的常规设计对预锻成形及终锻成形进行模拟，模拟结果见图1。

从模拟的成形过程可以看出，在小头预成形的过程当中，小头端面两侧已经有产生折纹的趋势，当预成形件放入终锻模锻打时小头端面，尤其是处于锻造下模的小头出现了折叠。这与目前小头出现折纹的位置相符。

根据小头折叠的成形趋势及终锻的成形情况，可以考虑对预锻模小头型腔进行优化，将预锻型腔圆角加大以利于预成形时小头金属的流动，或者将预锻小头加长，以利于在预锻件有折叠趋势时，终锻成形也可以将有折叠趋势的金属排出终锻型腔外，从而避免小头折纹的产生。

3 模拟分析及解决优化

方案1：加大预锻小头圆角，增加预锻小头的储料，对更改优化后的模具进锻件的成形模拟，更改优化后的预锻小头型腔及成形模拟结果见图2。

对更改优化后的预锻模进行锻件的成形模拟，优化后的模拟结果见图3。

從模拟结果可以看出，单纯加大预锻小头型腔的圆角，增加预锻小头的储料，虽然小头金属的流动较常规设计要好，但是从预锻成形剖切面以及终锻成形的结果可以看出小头两端面仍然存在着折叠的风险，所以该更改优化方案不可行。

方案2：将预锻小头桥部单边进行局部降低4.0mm，将预锻小头端面纵向尺寸加长，比终锻小头长约5.0mm，同时根据模拟时小头折纹的形成趋势，对预锻小头端面的型腔圆角进行更改，使之与小头金属的流动方向一致，以利于小头金属的流动，更改后的预锻小头型腔及小头型腔剖切面及成形模拟结果见图3。

从模拟结果可以看出， 预锻成形及终锻成形时小头的金属流动均较好，没有形成折叠的趋势，即便在预锻形成折叠趋势，由于预锻小头端面设计比终锻长，在终锻成形的过程当中也可以将折叠锻打至飞边外。经过模拟对比优化，最终采用方案2进行模具的更改优化及实物的验证。

4 优化后成果

优化后的模具经过批量生产验证，小头报废比例由原来的0.25%降低至0.0001%，小头故障不良率、返工率由原来的100%降低至0.39%。大大减小了该曲轴的返修时间，同时减少了因小头折纹问题产生的停机处理时间，提高了生产效率。也降低了产品质量问题出现的风险和客户抱怨。达到了该优化的预期目标。

5 结束语

基于forge数值模拟分析的应用，对曲轴成形工艺进行了优化分析，并经生产验证，得到以下结论：forge数值模拟方法在锻件缺陷分析及模具优化上有极大的应用空间，可以避免不必要的设计浪费。

参考文献：

[1] 牛立群， 张琦， 解明，等. 基于FORGE-3D径向锻造工艺的数值模拟[J]. 锻压技术， 2017（2）：167-171.