商用车连杆预锻模具寿命提升研究

最近几年，中国商用车产销增速明显加快，对于商用车连杆类锻件的需求也与日俱增。但是市场化竞争也日益激烈，如果不能提质降本，将会失去很大的市场份额。然而我公司商用车连杆类锻件，预锻模具平均寿命一直很低，模具成本居高不下，制约了公司年度经营目标的实现。另外几种模具寿命不匹配，频繁换模，也严重影响班产以及锻件的一致性。因此，提高连杆预锻模具寿命势在必行。

连杆预锻模具寿命分析

预锻模具寿命影响因素

模具寿命是指在保证制件品质的前提下，模具所能达到的生产次数。影响锻造模具寿命的因素有很多，如设计合理的锻造成形件，合理的机械加工工艺及加工精度，合理的模具钢热处理工艺。因此，为了提高模具的使用寿命，应着重从以上几方面考虑。模具的早期失效形式，多为凸模断裂、模膛边缘堆塌、飞边槽桥部龟裂、模腔底部发生裂纹。

商用车连杆结构复杂，不能够一次成形，我公司商用车连杆生产主要的成形工艺包括辊锻、压扁、预锻和终锻四个工步。锻件在预锻成形过程中，坯料形状与预锻型腔结构差别很大，坯料的剧烈流动会对模具产生磨损，变形量越大，料分布越不合理，磨损的越快，相应的模具寿命就越低。对于连杆预锻模具，桥部磨损非常严重，当桥部磨损到一定程度时，桥就失去了封料的作用，锻件充不满。同时，锻件的飞边也会变厚且不规整，影响后续的生产过程。

模具寿命提升方法

目前，预锻模具寿命为2500件，终锻模具寿命为5000件，想提高预锻模具寿命就得降低预锻模具的磨损速度。图1为预锻模具新旧结构对比图，图2是新旧结构的工步件对比图，从图中可以看出，旧式压扁结构成形简单，只是对辊坯进行一个简单的拍扁，属于模糊成形，从结构上旧式压扁与预锻相差很大，而新结构压扁从体积分布上更接近预锻，从压扁到预锻变形量小，料分布更加合理。

图1 预锻模具新旧结构对比图

图2 新旧结构的工步件对比图

结果与分析

有限元分析

锻造过程中，坯料和模具在高温、高载荷环境下相互接触，金属由于塑性变形在模膛内流动，与模具表面发生相对运动，摩擦使模具表面磨损，最终导致模具失效。数值模拟可以直观的反映模具的磨损情况。

压扁之后，坯料放入到预锻型腔中，如图3所示，绿色和黄色的结构为连杆的预锻模具，红色的是压扁之后的坯料。从图中可以看出，新压扁结构的坯料外形尺寸与预锻模具型腔匹配性很好，而旧压扁结构的坯料尺寸与预锻模具型腔差别很大。

利用Forge仿真软件对新旧结构进行了模具磨耗的分析，如图4所示，图a为采用新压扁结构时预锻模具的磨耗云图，图b为旧压扁结构时预锻模具的损耗云图，将云图的磨耗范围统一更改成0～5000 mm.MPa。从两幅云图对比可以看出，旧压扁结构的磨耗明显比新压扁结构的磨耗更严重，选取桥部相同位置，磨耗分别为895mm.MPa和1722mm.MPa。压扁结构改进后，预锻模具桥部磨损程度明显降低。这是由于旧式压扁结构在预锻成形过程中坯料变形非常大，材料发生了剧烈的流动，所造成的模具磨损也相应更大。而新式压扁结构，预锻坯料的料杆外形尺寸已经非常接近预锻模具杆部型腔的尺寸，未发生剧烈的材料流动，所以造成的模具磨耗也比较小。

实际验证

图3 预锻成形之前

图4 模具磨耗

图5 实际模具寿命

根据仿真分析结果，我们选取了最优的压扁结构进行多次生产验证，生产时的设备状态、加热温度等参数都与使用原始压扁结构生产时保持一致。验证结果如图5所示，图a为使用新压扁结构后的预锻模具状态，模具平均寿命能达到5000件，图c为使用旧压扁结构后的模具状态，预锻模具平均寿命为2500件，从两幅图对比可以看出，图a的模具表面模具状态明显比图c的模具表面状态好，尤其是桥部磨损，模具寿命提升了一倍。图b为使用新式压扁结构后锻打2500件时的模具状态，锻打相同件数时的模具状态有明显差别，图b中的模具型腔基本没有磨损，桥部磨损也不严重。

结论

综上所述，利用Forge软件进行模具磨耗分析和多批次实际生产验证，得出以下结论：商用车连杆的预锻模具平均寿命由2500件提升到5000件，寿命提升一倍，与终锻模具寿命基本保持一致，不用频繁换模，锻件一致性好，模具成本大幅度降低，为公司实现盈利目标提供有力的支持。

林亚东，锻造工艺员，工程师，主要从事锻造工艺的开发、模具的设计等工作，参与完成了4000t锻造生产线商用车连杆锻造技术的开发与应用。