文／潘海江，周擁軍，任瑞俊，李智敏，武絡(luò)·內(nèi)蒙古一機(jī)集團(tuán)富成鍛造有限責(zé)任公司

主連桿作為坦克發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵零部件之一，公司自生產(chǎn)以來，受操作技能、多火次加熱（天然氣爐）、設(shè)備精度差等因素影響，導(dǎo)致鍛件的廢品率高、工人勞動強(qiáng)度高、產(chǎn)品生產(chǎn)效率低、模具使用壽命低。針對這些問題，本人結(jié)合公司80kJ 電液錘生產(chǎn)線配備的中頻加熱爐、輥鍛機(jī)、315t雙點式曲柄切邊機(jī)等設(shè)備，在此生產(chǎn)線上研究了主連桿分步成形鍛造工藝。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析

鍛件重量分布不均

圖1 鍛件三維實體

圖2 鍛件簡圖

根據(jù)鍛件的三維圖(圖1)和二維圖(圖2)，可以看出該產(chǎn)品主要由三部分組成，即大頭、桿身、小頭。整個主連桿的重量為12kg，主連桿大部分重量分布于大頭和小頭，而桿身所占的重量僅為整個鍛件重量的1/4。

主連桿中心間距為320.5mm，大頭呈“U”形結(jié)構(gòu)，大頭中心線與桿身中心線成30°夾角；“U”形大頭的重心偏向桿身中心線的一側(cè)，經(jīng)計算偏心距約為50mm，此產(chǎn)品結(jié)構(gòu)大大增加了制坯的難度。

鍛件“U”形大頭成形難度大

主連桿大頭的設(shè)計高度為76mm，此處與小頭均為鍛件的最高尺寸，經(jīng)計算得出大頭的重量為7.3kg，占整個鍛件重量的60.8%，若鍛件制坯不當(dāng)，會造成大頭不易充滿，而大頭的結(jié)構(gòu)又進(jìn)一步加大了其成形難度。如制坯的分料不均會引發(fā)鍛造過程的對流現(xiàn)象，造成鍛件折疊而報廢。

“工字”桿身尺寸難保證

圖3 中此連桿工字筋處的單側(cè)機(jī)加工余量為2.5mm，其筋的寬度只有9.6mm，鍛件在切邊時，由于整體切邊產(chǎn)生的切邊力過大，存在一定的力矩，使得鍛件在熱態(tài)的情況下，易產(chǎn)生變形，造成工字筋處余量不勻，會導(dǎo)致鍛件的機(jī)加工余量不夠，造成廢品。

圖3 主連桿工字筋處

分步成形鍛造工藝方案

制坯方案

根據(jù)主連桿三部分的結(jié)構(gòu)，繪制各部分的截面圖，然后對各截面進(jìn)行簡化，最終制定的中間毛坯如圖4所示。

圖4 中間毛坯圖

根據(jù)中間毛坯制定制坯方案，考慮到生產(chǎn)的高效性、中間毛坯的一致性及表面質(zhì)量，故選擇560t 輥鍛機(jī)制坯。經(jīng)計算得出，制坯達(dá)到中間毛坯要求需進(jìn)行四道次輥鍛，再結(jié)合中間毛坯和鍛壓手冊，繪制每道次所使用的輥鍛模。隨后，將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入DEFORM-3D軟件系統(tǒng)，設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)及旋轉(zhuǎn)動作。四道次輥鍛模擬結(jié)果如圖5 所示。

壓彎工序

因主連桿大頭成“U”形結(jié)構(gòu)，充型時充滿模腔困難，故在壓彎時需進(jìn)行初步分料。設(shè)計壓彎模膛的原則為：壓彎后，預(yù)留“U”形大頭部分體積所需要的材料，預(yù)鍛、終鍛過程中鍛件此處材料可實現(xiàn)自給自足。

圖5 輥鍛DEFORM-3D 模擬結(jié)果

主連桿的壓彎模膛采用的是后定位，如圖6 所示，因此，在輥鍛時必須保證其中間輥鍛毛坯的長度，若此長度過短，會造成分料后無法滿足主連桿“U”形大頭的充滿，導(dǎo)致鍛件充不滿。

預(yù)鍛工序

若壓彎后鍛件直接終鍛成形，則會出現(xiàn)兩個問題：⑴因鍛件桿身成“工”字結(jié)構(gòu)，在充滿“U”形大頭部分時，材料迅速流向模膛(圖7)，在拐角處必定產(chǎn)生折疊傷，造成鍛件報廢。⑵由于直接鍛造成形，模具易磨損，會大大降低模具使用壽命。

綜上所述，此連桿增加預(yù)鍛模膛勢在必行。增加的預(yù)鍛工序，主要用來成形連桿“U”形大頭部分和初步成形連桿小頭部分；為預(yù)防鍛件出現(xiàn)折疊傷，桿身部分截面設(shè)計為矩形截面，待終鍛時進(jìn)行最終成形。

圖6 壓彎擺放形式及成形結(jié)果

圖7 預(yù)鍛放料及成形情況

終鍛工序

終鍛主要是成形連桿桿身和小頭，并對“U”形大頭進(jìn)行整形，具體模擬情況如圖8 所示。

圖8 終鍛模擬情況

精整工序

因“工”字桿身加工余量只有2.5mm，在切邊凹模刃口磨損后，鍛件易產(chǎn)生切邊變形，進(jìn)而造成加工余量不夠，產(chǎn)生廢品。

切邊工序采用的是315t 切邊壓力機(jī)，此設(shè)備是雙點式結(jié)構(gòu)，且工作臺面足夠大，可進(jìn)行三工位生產(chǎn)，因此針對變形問題，可增加精整工序進(jìn)行解決，精整模具如圖9 所示。在設(shè)計過程中，為降低精整能量，實現(xiàn)局部精整，增加碟簧以防止曲柄壓力機(jī)頂死。

圖9 精整模具

圖10 最終生產(chǎn)出的鍛件

生產(chǎn)驗證

主連桿分步成形鍛造工藝在80kJ 電液錘生產(chǎn)線上實現(xiàn)生產(chǎn)后，因采用中頻爐加熱、560mm輥鍛機(jī)制坯，運(yùn)用壓彎、預(yù)鍛、終鍛工序生產(chǎn)，實現(xiàn)鍛件逐步成形，鍛件(圖10)尺寸及外觀質(zhì)量較好。與以往的工藝進(jìn)行對比，模具使用壽命翻了兩番，大大降低了工人的勞動強(qiáng)度，鍛件生產(chǎn)效率也翻了一番。