辊锻模设计在转向臂件成形工艺中的应用

近年来随着汽车行业迅速发展，对轻型车转向弯臂这种形状复杂的锻件在尺寸精度、内在和表面质量等方面的要求越来越严格，合理设计转向弯臂成形工艺及模具结构成为解决这些问题的关键。结合我公司的生产需要，制订出辊锻制坯+摩擦压力机模锻的复合工艺为：下料→中频感应加热→辊锻制坯→弯曲→锻造→切边→校正→热处理，针对不同的转向弯臂设计出合理的辊锻工艺和终锻模具设计成为研究重点。

辊锻数值模拟及结果分析。辊锻过程中金属变形十分复杂，目前对金属变形规律主要还是来自经验积累，需要反复调整设计和调试。现有公式基本都是经验公式，无法为辊锻提供准确的计算方法和结果。在工艺调试过程中，多次修改是不可避免的。因此，对辊锻成形过程进行有限元模拟，从而来指导整个辊锻模具的设计是十分必要的，这样可以节省许多调试时间，同时也可以节约生产成本。采用有限元模拟软件DEFORM对辊锻过程进行数值模拟，分析辊锻过程中的金属流动规律、应力场、应变场、温度场和模具载荷的分布等信息，从而考察辊锻过程的设计参数对金属变形规律的影响，并为优化模具设计参数提供依据。

（1）辊锻模间隙的合理选择模具间隙是影响制坯质量的重要因素，也会导致坯料弯曲。模具间隙过大，坯料不能得到较好的限位，辊锻过程中会发生坯料与模具不接触的状况，从而影响坯料成形质量；模具间隙过小，则坯料所受变形力的不均匀性也会增大，从而使坯料金属变形时流动不均匀，这些都会导致辊锻时弯曲现象的发生，辊锻模间隙越小，坯料弯曲的程度越大。因此，选择合理的模具间隙是得到截面满足生产要求的辊锻件的重要保证，也是防止坯料在辊锻过程中出现弯曲现象的重要因素。

（2）转向弯臂制坯辊锻模具设计 辊锻变形的实质就是坯料的延伸变形过程，较锤上拔长具有明显的优势，辊锻制坯的任务是采用辊锻工艺锻制供模锻用毛坯。采用辊锻工艺对坯料进行各部分金属的重新分配比锤上锻造生产效率要高，劳动条件好，节材效果明显，具有良好的经济效益。

确定各工步的槽系后在辊锻模具设计中需要考虑前滑值对零件影响。辊锻时模具要承受着较大的压力，同时又是在反复加热和冷却的条件下工作的，模具受热温度可达300～500℃。模具内部存在着交变应力的作用，很容易形成热疲劳裂纹、龟裂等，故要求模具钢的硬度较高，否则模块会产生压塌变形，型槽表面具有较高的硬度和耐磨性，辊出的毛坯达不到辊锻件的要求，模具的寿命也会降低。

（3）模锻成形数值模拟 数值模拟为实际生产提供了良好的指导作用，但仍需要采用实际生产试验来验证模拟结果的可靠性。经生产实际验证，改进后同样的模具结构，同样的模具材料和热处理工艺，每副模具的平均寿命达到5960件，是改进前的三倍。原因是：材料在辊锻时金属得以重新分配，减少了金属在终锻型腔的流动。下料毛坯尺寸减小，在终锻时形成的飞边小，减少了金属向飞边流动。按照塑性成形规律，金属在流向飞边时温度低，飞边桥部厚度小，流动阻力急剧增大，此时是模具产生磨损的主要时段，最终造成模具寿命低。终锻时形成的飞边小，成形力小，模具承受的打击力小，模具寿命提高。工艺改进还带来了附加的效益，一方面，由于坯料下料长度的减小，缩短了中频加热的时间，提高了生产效率，节约了电能；另一方面，设备吨位的减小，也减低了能耗，实现了节能减排的社会效益。