试生产中出现锻件质量不稳定和模具寿命太低等问题,导致难以实现自动化生产.质量不稳定的表现是锻件同轴度超差且无规律,模拟分析了预锻同轴度对成形凸模等效应力和偏移量的影响,并通过提高坯料尺寸精度和调整镦粗高度解决了同轴度的问题?使锻件同轴度从最大直径0.86mm减小到直径0.4mm以内,确保了锻件质量稳定合格.成形凸模失效的表现是磨损.模拟分析了不同材料,润滑系数,凸模长径比对模具磨损量的影响,并通过实验确定,润滑剂采用水基石墨,凸模材料采用3cr2w8v钢,将模具寿命从15000件提高到10000件以上,可以连续生产20h以上.最终实现班产不换模具且无废品,达到自动化生产的要求.
锚套属于圆柱体锥孔件,广泛应用于各种工程.对强度有很高要求,传统生产方式主要包括圆钢直接机加工和开式热模锻等,这些传统生产方式存在生产效率低,材料利用率低和加工成本高等问题,采用热挤压工艺能使锚套产品得到完整的金属流线分布,提高锚套锻件的整体力学性能及产品质量,还可以节材、节能、降低生产成本。但常规热挤压工艺大多是在液压机上的单工序挤压成形，或多机连线的多工序热挤压，都依靠人工操作，生产效率很低，不适用于锚具这类量大面广零件的大批量生产，本文针对这类典型锻件，开发了热模锻压力机多工位自动化闭式热挤压工艺，优化了闭式挤压工艺参数，优选了冲头模具材料和润滑剂,在提高生产效率的基础上，获得了理想的锻件质量和较高的模具寿命，提高了该类产品的市场竞争力。锻件
热模锻压力机闭式热挤压自动化生产工艺在国外已经趋于成熟，而在国内尚很少应用，原因之一是自动化闭式热挤压模具与其他热成形模具相比寿命普遍较低。在热挤压过程中模具与坯料之间的热交换，坯料变形及坯料与模具表面之间的摩擦引起的表层温度升高对模具抗磨损能力有显著影响另一原因是，在热模锻压力机上实现自动化多工位闭式热挤压，各工位工序之间的关联性极强，对成形工艺优化和各工位模具的设计要求也很高。
本文以圆柱体锥孔件，锚套为典型零件，设计了适用于热模锻压力机自动化生产的四工位闭式热挤压工艺及热挤压模架和模具,解决了自动化闭式热挤压工艺中锻件同轴度超差和模具寿命偏低的问题.采用AFDEEX模拟分析软件进行闭式热挤压工艺优化,通过现场实验进一步调整优化,最终得到质量稳定合格的锻件,成形凸模可以连续生产8h以上,成功实现了锚套类零件闭式热挤压工艺的自动化生产.
1.工艺方案设计及试生产条件锻件
锚套锻件材料为20crmnti钢,中间孔的深径比平均为1.6,挤压斜度为8°，同轴度要求直径0.4mm以内,经过工艺模拟,制定锚套的多工位闭式热挤压工艺流程为:下料--中频加热--镦粗--预锻--终锻--冲孔.将反挤压过程分为预锻和终锻两个工步,预锻工步的作用是为终锻工步的成形凸模定位及提高终锻凸模的寿命,也可以平衡各工位锻造力和打击能量.本文使用AFDEX模拟软件验证上述工步,4个工位的最大载荷分别为270，920，1120和100kn成形消耗总能量为11.1kj.工位2的凸模等效应力最大为443MPa,工位3的凸模等效应力最大为521mpa,根据模拟结果显示此工艺是可行的.
热模锻自动化生产线包括:500kw中频炉、1000t热模锻压力机、步进梁机械手、冷却润滑系统、传送系统及四工位模具模架。坯料加热温度为1150~1200°c，生产效率为每分钟8件.实际测得如下数据：始锻温度为1050~1100°c,氧化皮厚度小于0.15mm,经过冷却润滑后的模具温度可以保持在150°c左右.4个工位实际测得的载荷分别为250~300kn,1200~1500kn,1500~1700kn,100~200kn.锻件
2.工艺调整及实验
根据上述模拟结果,并考虑自动化生产的要求,对锚套锻件的闭式热挤压工艺进行调整.重点调整,镦粗工步的直径.经过实际测量发现,坯料镦粗时,镦粗件高度降低2mm,直径约增加直径1mm,根据这个数据来调整镦粗件最大直径与预锻型腔内径的间隙,最终调整锻件与型腔间隙在0.2~0.4mm左右,主要目的是尽量将镦粗件在预锻工位精确定位,减小因镦粗件位置偏差产生的同轴度偏差.经过工艺调整.预锻件同轴度可以控制在直径0.2mm以下,终锻件同轴度在直径0.4mm以下,达到锻件图要求.
通过模拟分析,明确了终锻件同轴度和成形凸模等效应力随着预锻件同轴度的增加而呈现增加趋势.预锻件同轴度在直径0.4mm以内的模拟结果能满足终锻件同轴度和模具等效应力的要求,根据模拟和实验结果.调整镦粗件高度,使镦粗件的最大直径与预锻凹模的间隙在0.2mm~0.4mm之间,将终锻件同轴度控制在直径0.4mm以内,在锻件质量方面实现了自动化生产无废品的目的.通过模拟和实验对比,将模具材料和润滑剂更换为3cr2w8w钢和水基石墨.将凸模寿命从1500件提高到10000件以上,可以连续生产20h以上不换模具,达到了自动化生产的要求.锻件
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