随着近年来人民整体生活水平的提高，对交通质量的要求逐渐越来越高，汽车作为一种交通工具已经开始普及到人们的日常生活中。近日，为提高某自主品牌车型的行驶质量和生产效率，提出将车辆后制动器安装底板的制造工艺由原来的铸造工艺改为锻造工艺。在分析该车后刹车安装底板的产品图后，制定了相应的预设锻造工艺。借助Deform有限元仿真软件对预设的成形过程进行了模拟。发现在现有设备的能力范围内可以使用预设的工艺。锻件已完全成型，无褶皱。通过模拟预设的工艺，可以更直观、准确地预见、分析和改进成形过程中的问题或缺陷，减少试模过程中的工艺变更次数，缩短产品生产试车周期。
成型工艺分析
通过分析客户的产品图纸，发现该产品的轮廓形状为不对称五边形，是一种不规则薄壁产品，两角有两个圆柱凸台，四边形台阶上有一个非中心孔。技术要求是尺寸和热处理。最终硬度符合相关规定，对产品内部结构无特殊要求。由图纸转换的锻件图如图1所示，锻件的三维图如图2所示。
预设流程及分析
图1 锻造图
图2 锻件三维图
⑴由于公司现有设备的限制，目前的一种解决方案是在单点闭式压力机上进行镦粗和预锻工序。精密锻造设备采用电动螺旋压力机。另一种解决方案是使用多工位热压机。模锻压力机；产品材质为40Cr。由于产品整体壁厚较薄，最薄处仅9mm厚，且未经加工。工作表面，因此不适合热模锻压力机锻造；如果采用镦锻（镦锻）+预锻+终锻的成形工艺，在多次锻造工序的传递过程中，锻件的温度会降低。锻造时锻件的温度可能比较低，难以充满型腔，增加精锻吨位，影响设备和模具的寿命。
措施：锻造工艺采用横向镦粗+开式终锻的方法，减少了预锻工序，减少了预锻过程中锻件与模具的热接触以及工艺传递过程中的热损失；镦粗将棒材水平放置镦粗后，毛坯的外轮廓近似正方形，且较接近精锻模型腔。预设工艺锻造步骤图如图3所示。
图3 预设工艺锻造步骤图
⑵ 由于产品壁厚较薄，产品在修边、冲孔时容易变形，特别是冲非中心孔时。
措施：锻后增加整形工序，采用两个对称的切边上下模，纠正锻件冲切切边引起的平面变形，使平面变形控制在技术要求允许的范围内。
⑶现有电动螺旋压力机模座最大允许模具外径为φ230mm。由于锻件的轮廓是不规则的五边形，型腔的中心只能设计在模具中心附近，以减少偏心载荷，因此不能增大。脱模顶出机构（脱模困难）不能加锁模（模具不对中仅靠模座导柱和导套保证），现有冲切边由于模板尺寸限制无法冲孔。 ，修剪的过程。
措施：考虑到生产成本，加大螺旋压机模具和模套，采用锥面压缩。模架未改造；上下模腔深度约为5mm。为保证良好的脱模效果，拔模斜度设计为5°；根据锻件最大投影截面积计算得出，飞边厚度约为2mm。但为了保证锻件更好的脱模，减少模具和设备的损耗，飞边厚度设计为3mm。由于无法增加顶出机构，为了便于现场装夹，在飞边桥部分设有卡爪（如图4所示的精锻上下模）；为了冲裁时更好的定位和减少冲裁变形，冲裁下模设计为仿形半封闭模（如图5冲裁下模所示）。但由于公司主打产品，模架结构无法加压边圈，无法很好地控制冲裁变形；由于产品由于外形尺寸的限制，通过在修边处增加上下模具的外径，并相应扩大原模框的下模板，模具设计部分避免了空气和将模具压平（如图6所示在切边的上下模上），减少切边时的变形，切边模具的边缘间隙设计为一侧为0.6mm。
预设流程模拟
在对预设工艺进行分析后，借助Deform有限元仿真软件对预设工艺成形过程进行了模拟分析。毛坯尺寸设定为φ60mm×77.9mm，毛坯网格数为41040，毛坯加热温度为1160℃。 ，上下模温度均为200℃，环境温度为10℃，热对流交换系数为0.02N/s·mm℃，模拟材料选择41Cr4，设定镦粗上模速度为300mm/s，精锻上模速度设置为350mm/s，摩擦系数均设置为0.3，导热系数为5W/( m·K）。
图4 精锻上下模
图5 冲裁下模
图6 修整上下模
镦粗过程模拟：毛坯横向镦粗模拟如图7所示，当镦粗毛坯镦粗高度达到24.1mm时，温度场分布如图8所示。镦粗毛坯的下表面与模具接触。温度在950℃左右，整体温度在1170℃左右，镦粗模拟形状近似正方形。
图7 横向镦粗示意图
图8 镦锻坯温度场
精锻工艺模拟：通过模拟镦粗毛坯相对于精锻模型腔的两种不同放置方向（如图9所示），发现锻坯相对于精锻模型腔的放置方向不同，且锻造吨位差异较大。
镦粗毛坯如图9左图所示放置，进行锻造。当锻件凸台厚度达到17.1mm时，所需吨位约为1360吨（图10.a），且成形过程中锻件不存在缺肉或任何缺陷。折叠式的;锻件毛坯按图9右所示摆放，当锻件凸台高度达到16.9mm时，所需吨位约为880吨（图10.b），且锻件在加工过程中无缺肉、折叠现象。成型过程。
图9 镦粗毛坯在精锻下模内两个不同方向放置示意图
图10 精锻吨位曲线图
图11 镦粗毛坯放置示意图
通过比较发现镦粗毛坯相对于精锻型腔的放置如图11所示（即图9右图）。成形时的流动阻力较小，较容易成形钢结构抛丸机图纸，锻造吨位较低。
样品制作链接
试模链接
按照预设流程进行试模过程，并对两次模拟结果进行了验证。测试了镦粗毛坯在模腔内两个不同放置方向上的成形情况。 1000t电动螺旋压力机冲击功为58%时，按图9左侧摆放方式成型后，实测非加工面厚度为9.4mm，凸台厚度为18mm，闪光灯厚度为3.8mm。两个boss的圆角处缺肉。图像;按图11的摆放方法成型后，实测未加工面厚度为8.9mm，凸台厚度为17.4mm，飞边厚度为3.2mm。锻件成型完整，无缺肉；然而，由于实际生产中模具润滑、设备和环境等因素的影响，摩擦系数和导热系数与模拟时设定的值存在差异，实际锻造结果与模拟结果并不完全一致。
试模生产过程中出现以下情况：
⑴棒材实际加热温度范围在1130～1185℃之间。由于横向镦粗高度较低，在镦粗精锻的转移过程中，镦粗毛坯表面温度迅速下降，容易形成氧化皮，导致终锻件失效。锻件表面质量欠佳；后来镦粗毛坯高度增加到33mm，表面氧化得到改善，锻件上不存在缺肉现象。
⑵ 由于没有顶杆，脱模剂喷涂不均匀、不到位，导致前5～10件样品脱模困难，且两个凸台圆角处缺肉。调整上、下模。方向喷脱模剂后，脱模情况和缺肉现象明显改善。
⑶冲裁时发现锻件冲裁后平面变形较大，肉眼可见。导致变形锻件在修边时无法很好定位，所以临时决定取消冲孔，转而进行后续的机加工和内孔车削；取消冲裁工序后，修整后的锻件残余飞边极少（修整后的锻件如图12所示）；左15件通过试制调整后右，现场各方面参数基本稳定，螺旋压机吹气能量为58%，锻件非加工面厚度保持在8.9～9.2mm之间，锻件修整后平面变形在0.30～0.45mm之间；使锻件冷却。最后在400t压力机上冷成型，平面变形小于0.3mm，满足要求。
⑷ 由于模具尺寸限制，无法在模具上加装导轨。仅依靠模架和设备很难完美实现锻件的不对中。因此，上下模之间存在0.3mm左右的错位，在技术要求范围内是可以接受的。
图12 修整后的锻件
锻后样品检验
锻件样品制作完成后，质检人员将取样对样品进行全尺寸检验和酸洗实验。样品检验结果均符合图纸要求。酸洗后锻件表面无缺肉、折叠现象。酸洗前后的样品对比见图13。
图13 酸洗前后样品对比
结果示例
锻件样品经质检人员检验后，样品符合图纸要求。抛丸后，该批次的300个样品（左右各150个对称件）流入下一道工序进行加工。机加工加工后，全尺寸检验和表面处理验证合格后，将样品提交给OEM。
结论
通过借助Deform有限元仿真软件对预设工艺进行模拟，可以预见某些生产中可能出现的问题或缺陷钢结构抛丸机图纸，验证预设工艺的可行性，减少实际生产试模过程中的工艺变化，提高模具的生产效率。测试效率。成型过程中工艺参数控制的方向性缩短了研发周期；然而，由于实际生产中环境因素和人为因素的影响，实际锻造结果与模拟结果并不完全一致，但具有很大的参考意义。
