文／朱舸，張凱，徐立軍·中國(guó)重汽集團(tuán)公司濟(jì)南鑄鍛中心

轉(zhuǎn)向節(jié)廢品率較高的原因排查及試驗(yàn)分析

文／朱舸，張凱，徐立軍·中國(guó)重汽集團(tuán)公司濟(jì)南鑄鍛中心

轉(zhuǎn)向節(jié)是經(jīng)典的汽車(chē)鍛件，其工藝過(guò)程復(fù)雜，且廢品率相對(duì)其他汽車(chē)鍛件較高，查明轉(zhuǎn)向節(jié)致廢原因并消除致廢因素，是行業(yè)內(nèi)共同面臨的技術(shù)難題。我公司某自動(dòng)鍛造生產(chǎn)線生產(chǎn)（A生產(chǎn)線）轉(zhuǎn)向節(jié)廢品率持續(xù)較高，我們針對(duì)該轉(zhuǎn)向節(jié)廢品原因進(jìn)行了一系列的排查和試驗(yàn)，以尋求降低轉(zhuǎn)向節(jié)的廢品率。

由于轉(zhuǎn)向節(jié)廢品最終判定是在熱處理處理之后的探傷工序，首先應(yīng)對(duì)熱處理環(huán)節(jié)進(jìn)行檢查。轉(zhuǎn)向節(jié)的熱處理過(guò)程為：淬火→回火→拋丸→探傷→清理→合格入庫(kù)。轉(zhuǎn)向節(jié)的熱處理廢品主要發(fā)生在淬火環(huán)節(jié)，我們重點(diǎn)排查淬火工藝過(guò)程。

首先，確認(rèn)轉(zhuǎn)向節(jié)金相組織穩(wěn)定在3～4級(jí)，各項(xiàng)性能均合格。轉(zhuǎn)向節(jié)金相組織如圖1所示。

其次，對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)熱處理生產(chǎn)線進(jìn)行了2次爐溫實(shí)測(cè)記錄，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

經(jīng)過(guò)檢查，確認(rèn)轉(zhuǎn)向節(jié)熱處理線爐溫穩(wěn)定，且該熱處理線是全自動(dòng)懸掛式轉(zhuǎn)向節(jié)熱處理生產(chǎn)線，設(shè)備故障率低、生產(chǎn)過(guò)程可靠、節(jié)拍穩(wěn)定。符合熱處理工藝要求。

最后，對(duì)淬火液進(jìn)行檢測(cè)。淬火液的檢測(cè)包括溫度、濃度、攪拌頻率三個(gè)方面。首先對(duì)淬火液進(jìn)行溫度記錄并使用溫度計(jì)進(jìn)行人工測(cè)量，記錄溫度值與人工測(cè)量值誤差1℃以內(nèi)，且在淬火液的工藝溫度范圍之內(nèi)。之后進(jìn)行淬火液濃度的檢測(cè)，使用手持折光儀進(jìn)行濃度檢測(cè)，淬火液濃度為9%，工藝要求為7.5%～9.5%，符合要求。之后檢查了淬火液攪拌器的攪拌頻率為30Hz，與工藝要求相符。

經(jīng)過(guò)以上排查看出熱處理過(guò)程符合工藝要求且穩(wěn)定可靠，可以判斷出A鍛造生產(chǎn)線的轉(zhuǎn)向節(jié)產(chǎn)品持續(xù)較高的廢品率應(yīng)排除熱處理工序的因素。那么應(yīng)在鍛造環(huán)節(jié)尋找影響產(chǎn)品廢品率的因素。

圖1 轉(zhuǎn)向節(jié)金相組織

我們對(duì)A生產(chǎn)線進(jìn)行了工藝過(guò)程的跟蹤，從料段、加熱、預(yù)成形、預(yù)鍛、終鍛、切邊校正及模具潤(rùn)滑冷卻均符合工藝要求。在常規(guī)的排查之后，未能找到明確的原因。之后我們?cè)贏、B、C三條不同的自動(dòng)鍛造生產(chǎn)線上使用相同造型的鍛模進(jìn)行了批量生產(chǎn)試驗(yàn)，具體過(guò)程如下：

表1 熱處理生產(chǎn)線爐溫實(shí)測(cè)

表2 A生產(chǎn)線裂紋位置統(tǒng)計(jì)

A生產(chǎn)線鍛打的轉(zhuǎn)向節(jié)共計(jì)5177件，廢品182件，廢品率3.52%。裂紋主要集中在b與d位置，這兩處位置廢品占總廢品的79.89%。詳見(jiàn)表2。

B生產(chǎn)線鍛打的轉(zhuǎn)向節(jié)共計(jì)5026件，廢品77件，廢品率1.53%。其中a、i1、h1、h2四個(gè)位置的廢品率分別為14.29%、15.58%、38.64%、14.29%，此四處裂紋廢品合計(jì)占總廢品的82.79%。詳見(jiàn)表3。

C生產(chǎn)線鍛打的轉(zhuǎn)向節(jié)共計(jì)2218件，廢品60件，廢品率2.7%。裂紋位置較為分散，不集中，詳見(jiàn)表4。

典型裂紋廢品圖示如圖2所示。

⑴a位置廢品。主要是在B生產(chǎn)線鍛打的轉(zhuǎn)向節(jié)中發(fā)現(xiàn)的。該位置為轉(zhuǎn)向節(jié)把部，成形后為圓棒狀，并非應(yīng)力集中位置，因熱處理直接原因造成廢品的可能性不大，該批產(chǎn)品在廢品裂紋位置統(tǒng)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)，該處致廢裂紋在把部的分部位置大體相同，朝向一致。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，該副模具已鍛打產(chǎn)品4000件以上，懷疑為模具保養(yǎng)不好，模具老化引起的鍛造缺陷。更換模具后，該位置未再發(fā)現(xiàn)廢品。

表3 B生產(chǎn)線裂紋位置統(tǒng)計(jì)

表4 C生產(chǎn)線裂紋位置統(tǒng)計(jì)

圖2 典型裂紋廢品圖示

⑵b位置廢品，A、B、C生產(chǎn)線的產(chǎn)品中均有發(fā)現(xiàn)，但主要是集中在A生產(chǎn)線以及C生產(chǎn)線鍛打的產(chǎn)品中。且A生產(chǎn)線鍛打產(chǎn)品出現(xiàn)的廢品中有60%以上為該位置。因A生產(chǎn)線鍛打的產(chǎn)品在該處裂紋廢品比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于另外兩條生產(chǎn)線，對(duì)比鍛打工藝以及熱處理工藝發(fā)現(xiàn)，熱處理工藝基本相同，但鍛打設(shè)備以及鍛打工藝存在差異。初步懷疑為鍛造原因造成的內(nèi)部缺陷。

⑶d位置廢品，A、B、C生產(chǎn)線的產(chǎn)品中均有發(fā)現(xiàn)，但主要是集中在A生產(chǎn)線以及C生產(chǎn)線鍛打的產(chǎn)品中。B生產(chǎn)線鍛打的產(chǎn)品中在該位置的廢品比例遠(yuǎn)低于A生產(chǎn)線以及C生產(chǎn)線，對(duì)比三條生產(chǎn)線的鍛打工藝發(fā)現(xiàn)，A生產(chǎn)線以及C生產(chǎn)線鍛打工序中的拍扁工序均為一道序，B生產(chǎn)線的拍扁工序?yàn)閮傻佬颉?/p>

⑷i1、h1、h2位置廢品，A、B、C生產(chǎn)線的產(chǎn)品中均有發(fā)現(xiàn)，但B、C生產(chǎn)線該位置廢品所占總廢品比例均高于A生產(chǎn)線。該三處裂紋廢品有一個(gè)共同點(diǎn)，即均在鍛模的凸臺(tái)位置，i1為上模凸臺(tái)位置，h1、h2為下模凸臺(tái)位置。懷疑為鍛打過(guò)程中棒料在型腔中流動(dòng)不暢，受阻回流造成的折疊，形成應(yīng)力集中位置。熱處理后在該應(yīng)力集中位置形成裂紋廢品。通過(guò)對(duì)比A、B、C生產(chǎn)線的鍛打工藝發(fā)現(xiàn)，A生產(chǎn)線的鍛打節(jié)拍要遠(yuǎn)短于B、C生產(chǎn)線，鍛打節(jié)拍短，則進(jìn)入預(yù)鍛以及終鍛的溫度就高，這就有利于金屬的流動(dòng)，即在鍛打過(guò)程中流動(dòng)更加順暢，故而A生產(chǎn)線在該位置的廢品比例低。A、B、C生產(chǎn)線設(shè)備主要參數(shù)見(jiàn)表5。

表5 A、B、C生產(chǎn)線設(shè)備主要參數(shù)

B、C生產(chǎn)線主要差異在生產(chǎn)節(jié)拍和鍛打主機(jī)鍛打速度，由于三條自動(dòng)鍛造生產(chǎn)線使用了相同的鍛模，那么我們認(rèn)為應(yīng)考慮鍛造主機(jī)的不同種類及各自的工作參數(shù)的差異，可能對(duì)該轉(zhuǎn)向節(jié)產(chǎn)品的廢品率有一定的影響。

鍛打速度取決于滑塊速度即滑塊行程次數(shù)?；瑝K行程次數(shù)是指壓力機(jī)在空負(fù)荷狀態(tài)下，滑塊每分鐘由上死點(diǎn)到下死點(diǎn)，再由下死點(diǎn)返回上死點(diǎn)連續(xù)運(yùn)動(dòng)的次數(shù)。從模具使用角度出發(fā)，熱模鍛壓力機(jī)的行程次數(shù)應(yīng)盡可能提高，這樣可以減少鍛打過(guò)程中鍛件與模具的接觸時(shí)間，從而提高模具使用壽命。同時(shí)，基于設(shè)備使用角度出發(fā)，滑塊行程次數(shù)不宜過(guò)高，因?yàn)檫^(guò)高的行程次數(shù)會(huì)急劇增加熱模鍛壓力機(jī)的動(dòng)載。

由于C生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍過(guò)慢，不能滿足生產(chǎn)任務(wù)的需求，我們重點(diǎn)對(duì)生產(chǎn)節(jié)拍分別為30s和60s 的A生產(chǎn)線和B生產(chǎn)線進(jìn)行初步的分析。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察A生產(chǎn)線的鍛造主機(jī)MP8000熱模鍛壓力機(jī)與B生產(chǎn)線的鍛造主機(jī)KP8000楔式壓力機(jī)在鍛打過(guò)程預(yù)鍛和終鍛的負(fù)載基本相近且符合工藝計(jì)算范圍，因此我們重點(diǎn)考慮兩者的鍛打速度是不是存在一定的差異并有可能對(duì)鍛件的廢品率有一定影響。

MP8000熱模鍛壓力機(jī)與KP8000楔式壓力機(jī)滑塊行程次數(shù)均是40次，但是由于兩者的行程不同，鍛打速度有較大的差異。MP8000熱模鍛壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)是曲柄滑塊運(yùn)動(dòng)，KP8000楔式熱模鍛壓力機(jī)采取曲柄-楔塊機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和楔塊傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。為簡(jiǎn)化分析，我們選取平均速度來(lái)計(jì)算，MP8000熱模鍛壓力機(jī)打擊平均速度為0.67m/s，KP8000楔式熱模鍛壓力機(jī)打擊平均速度為0.56m/s。

按照普遍接受的觀點(diǎn)，生產(chǎn)線節(jié)拍越快對(duì)鍛打過(guò)程越有利。而鍛打速率卻與鍛打過(guò)程中的金屬流動(dòng)及鍛件的成形有直接的關(guān)系。由于A生產(chǎn)線生產(chǎn)效率最高，轉(zhuǎn)向節(jié)的鍛造生產(chǎn)應(yīng)使用該線，而使用相同的鍛造模具，A生產(chǎn)線轉(zhuǎn)向節(jié)產(chǎn)品的廢品率相對(duì)B生產(chǎn)線較高，應(yīng)與鍛打主機(jī)滑塊打擊速度有一定關(guān)系。由于熱模鍛壓力機(jī)的打擊速度一般不宜進(jìn)行調(diào)整，那么解決鍛打造成缺陷的問(wèn)題，應(yīng)考慮修改預(yù)鍛型腔的造型，以適應(yīng)鍛打主機(jī)。

通過(guò)以上分析，本文可得出如下結(jié)論：⑴該種轉(zhuǎn)向節(jié)廢品率持續(xù)較高的現(xiàn)象與熱處理過(guò)程沒(méi)有直接關(guān)系，應(yīng)是鍛打過(guò)程形成的缺陷；⑵在鍛造過(guò)程中，不同的鍛造主機(jī)使用相同的鍛模的自動(dòng)生產(chǎn)線得到產(chǎn)品存在一定的差異，即廢品率有明顯的不同，而這種差異與鍛造主機(jī)的打擊速度可能存在一定的關(guān)系。