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摘要：分析了1061型汽車后橋半軸管鍛件在鍛造生產的質量問題，對鍛模的設計作了改進，改進的鍛模能生產出合格的鍛件。
關鍵詞：半軸管；鍛模；鍛件

一、前言

半軸管是焊裝在汽車后橋兩端用來連接車輪和制動鼓的零件。由于半軸管承受汽車后橋的全部載荷，因此對該零件的機械強度有嚴格的要求。后橋半軸管零件的鍛件圖如圖1所示，通常該零件的鍛造工藝采用制坯、預鍛和終鍛，用兩火鍛出。由于我廠采用16000kN摩擦壓力機進行模鍛，設備噸位大，為了提高生產率和降低消耗，我們采用制坯、終鍛一火鍛出的鍛造工藝。制坯采用750kg空氣錘，制坯工步如圖2所示。實踐證明，采用這種工藝能夠鍛出合格的鍛件。

圖1鍛件圖

本文對半軸管零件的鍛模設計、鍛造生產中出現的質量問題以及后來采取的改進措施，論述如下。

圖2制坯工步圖
(a)下料(b)壓肩(c)拔摔桿部

二、鍛造生產中的質量問題

根據鍛造生產的常規理論，我們開始設計的鍛模如圖3所示。該鍛模鍛造出來的鍛件出現了如下質量問題，如圖4所示。

圖3原設計的鍛模圖

圖4原設計鍛模生產的鍛件

(1)鍛件頭部凹坑(φ88)與外緣(φ118)不同軸，偏差達2～5mm，鍛模使用時間越長，偏差越大；
(2)在凹坑內m處出現了折疊，其深度1～5mm，折疊分布在凹坑圓周上，其長度從半圓到整圓不等。
由于鍛造缺陷的產生，嚴重削弱了鍛件的機械強度，使鍛件成為廢品。

三、鍛造缺陷的原因分析及鍛模設計的改進措施

1.原因分析

(1)由圖4知，鍛件中的凹坑(φ88)與外緣(φ118)都是在上模中成形的。在鍛模加工時，二者的同軸度是可以保證的。凹坑偏心是由于成形凹坑的模芯在鍛造中出現變形、偏斜所造成的。而引起模芯偏斜的原因又是因為鍛模鎖扣有3°斜角，故在鍛造開始時，模具不能對鍛件的錯移起矯正作用，因為鎖扣之間有一個較大的間隙Δα，見圖3右半部。

當模芯進入下模腔中，要矯正模芯在鍛件中的錯移就很難了。此時變形金屬受到了下模腔的制約，模芯要克服很大的金屬變形抗力才能矯正自身的錯移。由于模芯較長(96mm)，在上模中橫向呈懸臂結構，而且模芯的四周及底部都被熱金屬所包圍，受熱情況嚴重，有時過熱到呈暗紅色，其強度大大下降，在矯正錯移的過程中，模芯自身會產生屈服變形和軸向偏斜。使鍛件出現了凹坑偏心現象。

(2)圖4中m處出現的折疊是因為a、b兩處金屬大量急速地向外流動，帶動著m處附近的金屬一起向外流動，使該處已被氧化的表面金屬相匯合而形成的。

2.改進措施

為了消除鍛件凹坑偏心的缺陷，我們取消了鎖扣(如圖3所示)的3°斜角，制成直桶狀鎖扣，同時為了便于鎖扣的導入，在入口處設有20mm×15°的喇叭口，改進后的鎖扣如圖5所示。

圖5改進后的鍛模鎖扣圖

由于鍛模在使用中上、下模的溫度不一致，會使上、下模熱脹程度不同，上、下模須留一定的間隙Δ。間隙Δ可按下式計算：

Δ=Δ0+Δl/2

式中Δ0——模具在常溫下的間隙值，一般取Δ0＝0.3mm
Δl——模具在使用溫度時增大的雙邊間隙值

Δl＝l(α下T下-α上T上)

l——鍛模鎖扣的直徑
T上和T下——上模和下模的溫度
α上和α下——上模和下模的熱膨脹系數

取l＝300mm，T上＝200℃，T下＝350℃；查文獻［1］得：α上＝12.2×10^-6，α下＝12.8×10^-6。將具體數據代入上面的公式得：Δ＝0.61mm。

(2)為了消除m處的折疊我們將c處的R5改為R15，d處的R10改為14×45°。改進前后的鍛模型腔輪廓如圖6所示。其目的是減緩a、b兩處金屬的流動速度。

鍛模作上述改進后，已經批量生產，證實再也沒有發現上述鍛造質量問題。

圖6鍛模的型腔改進圖
(a)改進前的型腔；(b)改進后的型腔

參考文獻
［1］鍛模設計編寫組.鍛模設計手冊.北京：機械工業出版社，1997.
［2］杜忠權.鍛件質量控制.北京：航空工業出版社，1988.

文章地址：http://www.www.direxe.cn/Article/mjjs/200809/323.html