鐘形殼內(nèi)腔變形缺陷分析及改善

王紅麗，馬彥秋，邢欣，郭樹霞

1.河北第二機械工業(yè)有限公司 河北石家莊 050031

2.河北太行機械工業(yè)有限公司 河北石家莊 052165

1 序言

鐘形殼作為汽車驅(qū)動系統(tǒng)的主要零部件之一，對其內(nèi)腔尺寸要求精度較高，鐘形殼鍛造過程出現(xiàn)內(nèi)腔變形情況對機加工后的整體尺寸有很大影響，因此解決內(nèi)腔變形問題刻不容緩。

對內(nèi)腔變形的鐘形殼進行全部尺寸檢測，確定內(nèi)腔變形不僅影響內(nèi)腔尺寸，對整個鍛件的桿部尺寸、肩部尺寸也均有影響，內(nèi)腔變形主要表現(xiàn)在鐘形殼整個腔底部向內(nèi)腔推移，導致整體長度尺寸變小，肩部平面變?yōu)閮?nèi)凹，如圖1所示。

圖1 內(nèi)腔變形導致肩部內(nèi)凹

2 問題分析

通過對內(nèi)腔變形問題件的整體檢測，及對其鍛造成形模具進行尺寸檢測，發(fā)現(xiàn)成形下模圓角處出現(xiàn)局部存在內(nèi)凹現(xiàn)象，如圖2所示。初步分析確定為：成形下模磨損出現(xiàn)局部輕微凹陷，鐘形殼在鍛造成形后出模受阻，處于紅熱狀態(tài)的鍛件在頂料桿向上彈力急劇加大作用下，整個內(nèi)腔底部整體向內(nèi)腔推移，造成內(nèi)腔變形。

圖2 成形下模內(nèi)腔局部內(nèi)凹

成形下模內(nèi)腔局部內(nèi)凹變形的原因如下。

1）石墨乳與水的配比過低，模具得不到充分潤滑，使成形下模易磨損。

2）石墨水潤滑、冷卻方式為長柄勺澆下模，此方式由于自身弊端而導致下模部分定期不能澆到，進而導致下模各部分冷卻不均勻，未冷卻到的部位局部溫度高，加劇了模具磨損變形。

3）生產(chǎn)節(jié)拍過快，毛坯從中頻感應(yīng)加熱爐出來到開始鍛造時間間隔5s左右，導致始鍛溫度低于中頻感應(yīng)加熱溫度（1050℃）[1，2]，影響鍛造時鍛件的塑性，不利于鍛件成形，且鍛件與模具相互作用會加大模具磨損變形。

3 改善方案及數(shù)據(jù)分析

綜上分析，從以下三方面制定改善方案。

1）石墨水配比為（1:20）～（1:10）時，石墨會在十幾分鐘內(nèi)附著在預(yù)型下模和成形下模，幾小時后隨著石墨附著增多，鍛件相應(yīng)出現(xiàn)肩部充不滿的情況；采用（1:100）～（1:50）配比的石墨水進行潤滑、冷卻時，由于潤滑冷卻不充分導致成形下模易磨損變形，進而導致生產(chǎn)出內(nèi)腔變形的鐘形殼。對石墨乳與水的配比進行不同比例調(diào)整，并進行不同配比情況下平均更換模具極限數(shù)量和平均合格率數(shù)據(jù)對比分析，確定最適宜配比為（1:25）～（1:15），對比數(shù)據(jù)分析如圖3所示。

圖3 不同石墨水配比數(shù)據(jù)對比

2）通過對鍛造冷卻方式進行調(diào)研，查閱相關(guān)文獻，將石墨水潤滑、冷卻方式由長柄勺更換為噴槍，解決了長柄勺自身弊端帶來的冷卻不充分。石墨水專用噴槍可自行調(diào)節(jié)噴霧量，不會造成石墨乳的浪費；噴槍的沖擊力較大，可清理殘留在下模具內(nèi)腔、上模具表面的殘渣物；能充分射到下模和上模的所有尺寸部位，使模具得到充分潤滑、冷卻，減少模具磨損，進而避免出現(xiàn)內(nèi)腔變形的問題件,更改前后對比如圖4、圖5所示。更改后連續(xù)跟進10個生產(chǎn)批次，未出現(xiàn)內(nèi)腔變形，且模具壽命由平均9500件提高到平均15000件。

圖4 更改前

圖5 更改后

3）查看了現(xiàn)場操作人員的操作，根據(jù)兩人合作操作（一人澆石墨水，另一人操作鍛造）、單人操作兩種不同操作模式，每種模式記錄連續(xù)100次生產(chǎn)節(jié)拍，生成節(jié)拍正態(tài)分布圖，如圖6所示。采用不同操作模式時，生產(chǎn)節(jié)拍相差2s，因此在兩種不同情況下完成鍛造操作的平均時間（包含長時間保持緊張狀態(tài)帶來的短時遲緩現(xiàn)象）的基礎(chǔ)上增加2s停歇緩沖時間，確定生產(chǎn)節(jié)拍為17～20s。

圖6 節(jié)拍正態(tài)分布圖

調(diào)節(jié)節(jié)拍后，對14個生產(chǎn)批次進行跟蹤，均未出現(xiàn)內(nèi)腔變形的情況，模具壽命平均提高1000件。

4 結(jié)束語

通過以上改善方案的實施驗證，改善方案對防止鐘形殼內(nèi)腔變形缺陷均達到預(yù)期效果，后期根據(jù)半年的跟進鞏固，均未出現(xiàn)內(nèi)腔變形問題件。對此進行鐘形殼鍛造工藝改進：石墨乳與水的比例為（1:25）～（1:15），石墨水潤滑、冷卻方式為專用石墨噴槍，生產(chǎn)節(jié)拍為17～20s。鍛造工藝改進后，不僅解決了鐘形殼內(nèi)腔變形缺陷的問題，而且為后期的鍛件鍛造工藝提供了有利分析數(shù)據(jù)。