473QD曲軸鍛件小頭折紋分析及解決方法

陳清玲

摘 要：針對(duì)為某型發(fā)動(dòng)機(jī)配套的473QD曲軸鍛造過程中，鍛件小頭出現(xiàn)折紋問題，通過Forge模擬軟件對(duì)現(xiàn)有的成形過程及缺陷產(chǎn)生過程進(jìn)行分析，找出問題產(chǎn)生的機(jī)理后，通過優(yōu)化模具，并對(duì)優(yōu)化后的模具進(jìn)行模擬對(duì)比分析，找到最優(yōu)的解決方案并經(jīng)過實(shí)物驗(yàn)證，有效解決了折紋問題，提升了產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：折紋；優(yōu)化；數(shù)值模擬分析

1 引言

473QD曲軸是我司鍛造生產(chǎn)的乘用車曲軸，該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在生產(chǎn)過程中鍛造后小頭出現(xiàn)折紋，該問題的出現(xiàn)不僅需要增加一道鍛打后小頭折紋的返工工序，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)存在客戶外部質(zhì)量反饋及抱怨的隱患，增加了生產(chǎn)的成本。

2 曲軸小頭折紋缺陷分析

因鍛件的成形過程受變形方式、變形溫度、工裝/模具情況和潤滑條件的影響，若成形工藝不當(dāng)，會(huì)引起折疊、裂紋等缺陷。為了避免實(shí)際生產(chǎn)過程當(dāng)中反復(fù)地更改模具進(jìn)行生產(chǎn)驗(yàn)證，造成不必要的浪費(fèi)，本項(xiàng)目通過使用Forge模擬軟件對(duì)鍛件成形及缺陷產(chǎn)生過程進(jìn)行模擬分析，確定模具的更改更改方案。

按照現(xiàn)有的常規(guī)設(shè)計(jì)對(duì)預(yù)鍛成形及終鍛成形進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果見圖1。

從模擬的成形過程可以看出，在小頭預(yù)成形的過程當(dāng)中，小頭端面兩側(cè)已經(jīng)有產(chǎn)生折紋的趨勢，當(dāng)預(yù)成形件放入終鍛模鍛打時(shí)小頭端面，尤其是處于鍛造下模的小頭出現(xiàn)了折疊。這與目前小頭出現(xiàn)折紋的位置相符。

根據(jù)小頭折疊的成形趨勢及終鍛的成形情況，可以考慮對(duì)預(yù)鍛模小頭型腔進(jìn)行優(yōu)化，將預(yù)鍛型腔圓角加大以利于預(yù)成形時(shí)小頭金屬的流動(dòng)，或者將預(yù)鍛小頭加長，以利于在預(yù)鍛件有折疊趨勢時(shí)，終鍛成形也可以將有折疊趨勢的金屬排出終鍛型腔外，從而避免小頭折紋的產(chǎn)生。

3 模擬分析及解決優(yōu)化

方案1：加大預(yù)鍛小頭圓角，增加預(yù)鍛小頭的儲(chǔ)料，對(duì)更改優(yōu)化后的模具進(jìn)鍛件的成形模擬，更改優(yōu)化后的預(yù)鍛小頭型腔及成形模擬結(jié)果見圖2。

對(duì)更改優(yōu)化后的預(yù)鍛模進(jìn)行鍛件的成形模擬，優(yōu)化后的模擬結(jié)果見圖3。

從模擬結(jié)果可以看出，單純加大預(yù)鍛小頭型腔的圓角，增加預(yù)鍛小頭的儲(chǔ)料，雖然小頭金屬的流動(dòng)較常規(guī)設(shè)計(jì)要好，但是從預(yù)鍛成形剖切面以及終鍛成形的結(jié)果可以看出小頭兩端面仍然存在著折疊的風(fēng)險(xiǎn)，所以該更改優(yōu)化方案不可行。

方案2：將預(yù)鍛小頭橋部單邊進(jìn)行局部降低4.0mm，將預(yù)鍛小頭端面縱向尺寸加長，比終鍛小頭長約5.0mm，同時(shí)根據(jù)模擬時(shí)小頭折紋的形成趨勢，對(duì)預(yù)鍛小頭端面的型腔圓角進(jìn)行更改，使之與小頭金屬的流動(dòng)方向一致，以利于小頭金屬的流動(dòng)，更改后的預(yù)鍛小頭型腔及小頭型腔剖切面及成形模擬結(jié)果見圖3。

從模擬結(jié)果可以看出， 預(yù)鍛成形及終鍛成形時(shí)小頭的金屬流動(dòng)均較好，沒有形成折疊的趨勢，即便在預(yù)鍛形成折疊趨勢，由于預(yù)鍛小頭端面設(shè)計(jì)比終鍛長，在終鍛成形的過程當(dāng)中也可以將折疊鍛打至飛邊外。經(jīng)過模擬對(duì)比優(yōu)化，最終采用方案2進(jìn)行模具的更改優(yōu)化及實(shí)物的驗(yàn)證。

4 優(yōu)化后成果

優(yōu)化后的模具經(jīng)過批量生產(chǎn)驗(yàn)證，小頭報(bào)廢比例由原來的0.25%降低至0.0001%，小頭故障不良率、返工率由原來的100%降低至0.39%。大大減小了該曲軸的返修時(shí)間，同時(shí)減少了因小頭折紋問題產(chǎn)生的停機(jī)處理時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。也降低了產(chǎn)品質(zhì)量問題出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)和客戶抱怨。達(dá)到了該優(yōu)化的預(yù)期目標(biāo)。

5 結(jié)束語

基于forge數(shù)值模擬分析的應(yīng)用，對(duì)曲軸成形工藝進(jìn)行了優(yōu)化分析，并經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，得到以下結(jié)論：forge數(shù)值模擬方法在鍛件缺陷分析及模具優(yōu)化上有極大的應(yīng)用空間，可以避免不必要的設(shè)計(jì)浪費(fèi)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 牛立群， 張琦， 解明，等. 基于FORGE-3D徑向鍛造工藝的數(shù)值模擬[J]. 鍛壓技術(shù)， 2017（2）：167-171.