一種發(fā)動機彎桿鍛件工藝優(yōu)化及模擬分析

國內(nèi)有很多學(xué)者開展了對搖臂類鍛件的研究，石文超等通過對搖臂三維幾何模型的建立，提出了等溫精密成形工藝方案，得出合理的預(yù)鍛件；李連方對搖臂、杠桿的精密模鍛技術(shù)進行了探討；趙龍等研究了可確保排氣搖臂成形、品質(zhì)和合格品率的模鍛成形工藝、鍛模設(shè)計及其熱處理工藝；齊敏杰研究了搖臂鍛造模擬結(jié)果的應(yīng)力、應(yīng)變、溫度場、行程—載荷曲線；李志廣分析了提高模鍛件力學(xué)性能的方法；金龍對航空發(fā)動機搖臂零件的工藝進行了研究。

本文主要以搖臂鍛件在小批生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題為改進點，結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)對改進后成形工藝路線進行仿真分析，最后制定合理的鍛造工藝成形方案。通過采取現(xiàn)場試驗批驗證的方式獲得產(chǎn)品質(zhì)量合格的鍛件，有效地提高了產(chǎn)品質(zhì)量及材料利用率。

成形零件結(jié)構(gòu)及缺陷分析

圖1 為搖臂鍛件圖，材料為1Cr12Ni2WMoVNb，是一種馬氏體型熱穩(wěn)定不銹鋼。搖臂鍛件總體呈T 字形結(jié)構(gòu)，最大外形尺寸80mm×94mm，頭部型腔尺寸約

24mm×100mm，桿部成彎曲形狀，且?guī)?mm寬的非加工薄筋。由于鍛件橫向?qū)挾容^大，鍛件在成形過程中充型困難，給工藝設(shè)計帶來了很大的難度。

如圖2 所示，在小批生產(chǎn)過程中，搖臂鍛件存在折疊、穿筋、生產(chǎn)周期長等問題。主要由于自由鍛與預(yù)鍛坯料體積偏大，需采用車坯保證坯料尺寸，導(dǎo)致生產(chǎn)周期延長。預(yù)鍛后采用自由鍛錘進行壓彎，彎曲后坯料一致性較差，導(dǎo)致其與終鍛模具型腔不匹配，且?guī)Ы畈课慌髁象w積偏大，最終在轉(zhuǎn)接部位產(chǎn)生穿筋、折疊等缺陷。由于帶筋部位為非加工面，后續(xù)無法通過排傷去除，極大降低了生產(chǎn)合格率。

工藝方案優(yōu)化

為了穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，保證發(fā)動機零部件的順利交付，需要對搖臂鍛件成形工藝進行進一步優(yōu)化，并通過鍛造過程數(shù)值模擬分析提高材料利用率，避免鍛造缺陷產(chǎn)生。搖臂鍛件原材料為

40mm 的棒料。優(yōu)化后的鍛造工藝路線如下：下料→加熱→自由鍛→加熱→預(yù)鍛→回爐→彎曲→加熱→終鍛→理化檢測。各工序具體操作步驟如下。

涂鴉期是1歲半到4歲左右的幼兒在沒有明確的繪畫目的的情況下，以游戲的形式，不受或少受視覺控制，隨意進行的畫線活動。如，在繪本《跟著線走》《跟著線走過房子》《跟著線環(huán)游世界》中，作者用一根線創(chuàng)作出簡單明了、細節(jié)豐富、富有想象、充滿童趣的一系列畫面，教師可以以此作為幼兒繪畫涂鴉活動的媒介，用深受幼兒喜愛的故事游戲形式，引導(dǎo)幼兒帶著“畫筆”一起暢游在“線條”的奇妙世界里。

圖4 為搖臂鍛件預(yù)鍛坯料圖。預(yù)鍛用天然氣爐加熱，1600t 曲柄壓力機進行模鍛，160t 沖床切邊。鍛件采用水平分模，在模具中一火次成形，然后切邊。由于搖臂鍛件預(yù)鍛與終鍛分模線相互垂直，為防止預(yù)鍛殘留飛邊在終鍛成形過程中卷入鍛件本體造成鍛件報廢，切邊質(zhì)量需嚴格控制，同時進行手工打磨處理。圖5 為有限元模擬后的預(yù)鍛工件，成形后的工件輪廓清晰，無明顯缺陷，毛邊分布均勻合理，表明預(yù)鍛工序設(shè)計合理。

自由鍛制坯

天然氣分布式能源發(fā)展會形成天然氣和電力系統(tǒng)的互聯(lián)，緩解電煤運輸交通壓力。天然氣分布式能源實現(xiàn)了天然氣管網(wǎng)向電網(wǎng)的能源轉(zhuǎn)換，同時輸出熱和冷，原來煤電是靠火車、輪船、汽車等交通網(wǎng)將煤碳送至電廠向電網(wǎng)實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換，天然氣分布式能源的發(fā)展必然會促進天然氣管網(wǎng)的建設(shè)和能源高效利用，緩解電煤運輸給交通造成的巨大壓力和煤炭運輸中造成的污染。

采用400kg 自由鍛錘進行制坯，進行鐓頭、打扁等工序，所用工裝為漏盤，桿部尺寸靠漏盤保證，尺寸偏差為±0.5mm。鍛造過程嚴格控制坯料頭部寬度及厚度尺寸，鍛后打磨轉(zhuǎn)接R 角部位臺階及尖角，防止后續(xù)預(yù)鍛過程中產(chǎn)生折疊，制坯坯料圖如圖3 所示。

預(yù)鍛及切邊

學(xué)生合作能力、組織管理能力和社會交往能力，是適應(yīng)現(xiàn)代社會活動的必需。學(xué)生的合作能力和團隊精神體現(xiàn)在綜合實踐活動過程中，學(xué)生以小組或團隊的形式，為了一定的目標、任務(wù)而進行的相互間或與組外人員的交流、交往、溝通，以各種方式創(chuàng)造機會讓他們直接到社會中去從事調(diào)查活動，在活動中各盡所長，積極為共同的活動出謀劃策，提出自己的個人見解，主動承擔活動中最適合自己的部分，充分將自己展示給同伴，提升自我。如在6月5日世界環(huán)境日，組織同學(xué)走出校園，到環(huán)保局、水利局調(diào)查訪問。在活動中相互了解，相互建議，相互彌補，從而形成具有較強凝聚力的團隊。

彎曲制坯

按照優(yōu)化后的工藝方案進行生產(chǎn)驗證，鍛造加熱溫度采用(1130±25)℃，終鍛溫度不低于900℃，工模具預(yù)熱溫度150℃～250℃。圖12、圖13 為自由鍛和彎曲后的成形件，成形件質(zhì)量良好，與模擬結(jié)果一致。圖14 為成形終鍛件，終鍛件上毛邊分布均勻，頭部、桿部轉(zhuǎn)接R 角處與筋部無折疊缺陷，最終模鍛后鍛件的情況與數(shù)值模擬情況基本相同，證明了模擬結(jié)果的可靠性，表明了本工藝設(shè)計合理可靠，能有效提高產(chǎn)品質(zhì)量。

終鍛及后處理

搖臂鍛件終鍛工序在2t 模鍛錘上進行，隨后在250t 沖床上進行切邊，在模具中一火次終鍛成形，然后切邊，校正后裝箱空冷，圖9 為終鍛成形模擬。圖10 為最終模擬成形的零件，可看出鍛件頭部毛邊分布不均勻，T 形和桿部相接部位毛邊過小，可通過增加預(yù)鍛坯料的轉(zhuǎn)接R 角和增加坯料高度來解決該問題，將預(yù)鍛坯料的R10mm 改為R15mm，高度由55mm 改為58mm，48.5mm 改為50.5mm 后重新進行仿真模擬分析。圖11 為改進預(yù)鍛坯料后的模擬成形鍛件，鍛件毛邊分布均勻，成形形貌良好，輪廓清晰，表明工藝設(shè)計可行。

工藝驗證情況

在1600t 曲柄壓力機上進行搖臂鍛件彎曲，坯料靠T 形頭部在彎曲模具中定位，在模具中一火次成形(圖6)。嚴格控制彎曲質(zhì)量，保證彎曲后與終鍛型腔匹配，防止終鍛產(chǎn)生折疊等缺陷。圖7 為預(yù)鍛件切邊后彎曲的成形模擬，圖8為彎曲后的成形工件。從圖7、圖8 模擬分析可以看出，工件成形狀態(tài)良好，定位可靠，不會發(fā)生偏移旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致坯料彎曲位置不一致的情形，總體來看彎曲后形狀符合要求。

看到牛皮糖在那里低聲哭泣，寒風中他的身子一抖一抖，哭聲中不時還摻雜著哀訴。村長就叫人拉牛皮糖上來，用手扶住他的肩膀說，牛爹，我用車送你回去吧。

結(jié)論

本文通過減少下料尺寸，重新設(shè)計制坯尺寸，增加彎曲模具等方式，同時結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)對原工藝進行了改進，改進效果較好，得出的結(jié)論如下：

⑴采用改進后的制坯工藝、工藝路線及設(shè)備工裝進行生產(chǎn)，可鍛出無缺陷、表面質(zhì)量完好的鍛件，縮短了加工工時，節(jié)約鍛件成本45%；

⑵按優(yōu)化后的工藝方案開展現(xiàn)場驗證，結(jié)果表明，預(yù)鍛坯料、彎曲坯料、終鍛坯料的成形情況及毛邊分布基本與數(shù)值模擬情況相同。