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1工藝優化設計

1.1擺輾毛坯設計對于該汽車半軸零件，法蘭盤部分和桿部直徑尺寸相差較大，擺動輾壓成形過程中，合理的毛坯尺寸和形狀是決定擺輾能否成形及擺輾零件精度的關鍵性因素之一。在工藝計算和多次試驗的基礎上，設計出如圖2所示的毛坯形狀。在制坯過程中，高徑比達到4，大于自由鐓粗的極限高徑比，因此在鐓粗過程中容易造成坯料失穩導致鐓粗無法進行，且鐓粗成形后的零件，鼓形部分出現在毛坯的中間位置，該毛坯件在擺輾成形過程中不利于材料的填充和流動，因此設計出的擺輾毛坯件，使鼓形部位出現在毛坯件的中間靠下部位，利用模鍛成形方法一次成形，達到所要求的毛坯尺寸和形狀。在擺輾前，利用高頻爐對直徑為42mm的毛坯桿件的端部進行局部加熱，加熱溫度為850～900℃。

1.2模具設計擺輾成形過程是連續局部的塑性成形過程，在成形過程的每一瞬間，凹模局部的區域承受較大的載荷和應力。和模鍛成形方法相比，擺輾成形凹模承受的載荷和應力遠大于模鍛模具所受到的應力。因此，在成形過程中，擺輾凹模容易產生應力集中，容易磨損，模具壽命較低。為了降低產品制造成本，提高模具壽命，設計如圖3所示的組合凹模結構。擺輾成形過程中，坯料變形是局部不均勻的，因而凹模的受力也是局部不均勻的。雖然成形過程中，擺輾力小于普通壓力成形。但是和常規成形相比，材料受力面積更小，因而擺動輾壓成形局部區域所受到的平均壓應力比常規成形要大很多。凹模所受到的壓應力比普通鍛模所受到的應力要大。

2模具失效分析

和普通鍛造方法相比，擺輾成形過程中，毛坯在模具中停留的時間較長，且在熱擺輾時，熱應力較大，模具受到交變應力作用，熱疲勞現象較為嚴重，毛坯和模具的磨損較大，因而導致模具壽命較低。常見的熱擺輾模具失效形式有斷裂、磨損、疲勞失效等。影響模具壽命的主要因素有模具結構、模具材料、潤滑條件及加工工藝等。圖3為某汽車半軸的組合式凹模。從圖可以看出，該模具臺階過渡圓角位置磨損較為嚴重，特別是在法蘭盤和桿部的過渡位置，模具磨損極為嚴重，嚴重影響擺輾件的質量和精度。造成凹模磨損的主要原因在于擺輾成形過程中，毛坯材料在凹模內部的變形方式主要為切向流動而填充型腔，毛坯和模具之間產生強烈的摩擦作用，造成模具表面磨損嚴重。在模具臺階過渡圓角位置，由于擺輾過程中，毛坯在凸模的作用力下填充凹模，材料有凹模中心位置逐漸向周圍流動，在中心位置材料流動速度較大，因而磨損較為嚴重。

3提高模具壽命的途徑

模具的磨損直接導致零件質量下降，造成模具壽命降低。為了減小磨損，提高模具壽命，正確地設計和制造模具、合理地使用和維護模具可以有效地提高模具壽命。在模具設計過程中，特別是凹模型腔設計和制造過程中，由于熱擺輾過程中坯料應力較為集中，且毛坯流動過程中材料和凹模產生較大的切向流動，在直角、尖棱處易產生應力集中，且磨損嚴重。因而在設計和制造模具過程中，在凸凹處采用過渡圓角，在不影響零件質量的條件下，采用較大的圓角可以有效減少磨損，提高模具壽命。在模具使用過程中，應對凸凹模進行預熱，將模具加熱至180~230℃后進行擺輾成形，可以有效減小模具的冷熱交變應力，提高模具壽命。

4結論

將毛坯設計成鼓形，可以有效保證熱擺輾成形過程中凹模型腔的填充。在對組合式凹模磨損失效分析基礎上，提出了合理的模具設計、制造及使用方法，將模具壽命從2600件提高到5500件，大幅度提高了模具壽命，降低了產品成本，提高了生產效率。

作者：龔小濤 單位：西安航空職業技術學院