随着我国汽车工业的发展，对高质量、低成本锻件的需求日益增加。差速器壳(见图1)是汽车的重要零件，其形状复杂。外侧有八个花瓣状的凸台，用于固定螺丝，凸台圆角较小(R3mm)。锻件内部为台阶状深腔，落差大，过渡圆角小。这导致该零件的高尺寸精度和几何公差要求，以及差的锻造工艺性能。我公司目前在80kJ电液锤上采用单模镗孔开式模锻工艺生产差速器壳，发现模具局部温度上升明显，模具磨损较快(见图2)；模具花瓣部分和型腔底部容易产生热应力疲劳裂纹(见图3)；模腔圆弧过渡的下部容易开裂(见图4)，导致模具过早失效，严重影响锻件质量和生产连续性。为了提高锻件质量，延长模具寿命，降低生产成本，在研究锤锻工艺的基础上，利用先进的锻造过程数值模拟技术，开发了锻件在25MN高能螺旋压力机上的两步成形工艺。1.上锤头锻造工艺分析。80kJ电液锤的工作台较小，只能在下模的一侧设置简单的镦粗模腔，以方便坯料在终锻模腔中的定位。为了研究锻造过程中模具状态的变化，我们首先对差速器壳锤头的锻造工艺进行分析，找出工艺中的不足，为下一步的工艺优化提供理论支持。1.建立锻造过程分析模型。差速器壳的八个花瓣形凸台是对称分布的，所以选取一个花瓣的1/8作为分析对象建立分析模型，分析过程中要考虑模具的温度变化(即模具啮合)。图5显示了最终锻造步骤分析模型，最终锻造步骤分析的输入参数如下表所示。下一个2。模拟结果分析图6示出了最终锻造步骤中的锻造成形过程，其中深色区域是金属和锻造模具型腔之间的接触区域。从图6可以看出，坯料上部受到凸模/上模的冲击，金属先流向充型阻力最低的下模底部的型腔，被下模顶杆阻挡后流向花瓣凸台；随着上冲头下压，金属首先充满底部型腔，同时顶部金属流向飞边桥形成飞边。型腔内的金属在三个压应力的作用下填充花瓣凸台，最后多余的金属通过飞边桥流出，上下模具闭合。图7示出了最终锻造结束时上模的温度分布。从图7中可以看出，上凸模/上模的上下圆台与金属的接触时间较长，因此该部分的temperature _l明显升高了两升；金属在凸模/上模的上平截头体外侧和凸模顶部平滑流动，金属在流动过程中与型腔表面剧烈摩擦，因此该部位模具磨损较快。另外，模具长时间与金属接触，模具表面温度变化较大，热应力也比较大。由于热应力和锻造载荷的作用，磨损和损坏的零件容易产生热疲劳裂纹，这与实际的模具失效形式是一致的(见图2)。图8示出了最终锻造后下模的温度分布。从图8中可以看出，花瓣凸台腔两侧、顶杆与下模底腔接触时间较长，因此该部位模腔表面温度上升明显。由于润滑剂喷涂设备维护不好，雾化效果不好，润滑剂容易在小面积内过量喷涂，所以该区域温度变化快，范围大，热应力高。花瓣形凸台腔的边缘(R3mm，图8.4)和底部(R3mm，图8B)的圆角较小。由于模具加工设备和工艺的限制，电火花烧蚀层
2.模锻工艺的改进与分析1。工艺改进从分析结果可以看出，花瓣凸台边缘圆角和型腔底部圆角的几何尺寸较小，电火花在模具表面造成的烧蚀层难以去除，成为模具表面强度的薄弱部位。在生产过程中，在周期性热应力和机械应力的作用下，薄弱部位首先开裂，导致80kJ锤头模锻件过早失效。因此，对25MN螺旋压力机的模锻工艺进行了如下改进：模具结构、模具加工及润滑冷却方式：下一页(1)增加预锻成形比例。由于终锻步骤中上模锥台边缘内扣，该部分金属流动缓慢，基本可以视为毛坯金属流动的边界区域。所以以此为界，预锻分为两部分(见图9)。根据体积不变原理，预锻和终锻对应零件的体积是相同的。(2)改进圆角加工工艺精铣前手工清理圆角，用专用工具强化该部位表层，形成压应力层，以提高模具抗热裂能力。(2)改进模具的精加工工艺，提高边角处的加工工艺水平，彻底去除电火花加工表面的烧蚀层，延缓模具在热应力作用下的开裂速度。(3)改进润滑工艺，提高润滑冷却效果，选择更合理的喷雾润滑工艺，做好设备维护。
使锻模表面冷却尽量均匀，避免局部冷却过快，出现过高的热应力，从而延缓模具开裂。2．新工艺模拟及结果分析
图10、图11分别为新工艺预锻和终锻工步结束时上、下模具的温度分布。与原工艺分析结果对比可知，新工艺一方面能尽量使预锻和终锻工步中金属流动速度平滑，减小模具磨损速度；另一方面提高了预锻成形比例，使终锻模承担精整任务，缩短了终锻模与金属接触时间，锻模温度显著下降。经生产检验，采用新精铣加工工艺去除花瓣凸台圆角处电火花烧蚀层后，该部位再未发生开裂，说明电火花烧蚀层的确是模具结构上的薄弱环节。 由分析结果可知，与原80kJ工艺相比，新工艺的磨损速度和热应力集中都比较小，模具热应力开裂和热龟裂可明显后延，模具寿命明显上升。 三、结语 在80kJ电液锤上差速器壳体锻模失效分析的基础上，开发了25 MN螺旋压力机高寿命差速器壳体模锻工艺。模拟结果分析显示，通过优化预锻工艺，新工艺能有效地减小终锻工步模具与金属间接触传热和摩擦，降低终锻模表面热应力和磨损速度，可增强模具抗热应力开裂能力和抗热龟裂能力，能提高模具使用寿命。