一、前言
由于半轴管承受汽车后桥的全部载荷，因此对该零件的机械强度有严格的要求。半轴管是焊装在汽车后桥两端用来连接车轮和制动鼓的零件。后桥半轴管零件的锻件图如图1所示，通常该零件的锻造工艺采用制坯、预锻和终锻，用两火锻出。由于我厂采用16000kN摩擦压力机进行模锻，设备吨位大，为了提高生产率和降低消耗，我们采用制坯、终锻一火锻出的锻造工艺。制坯采用750kg空气锤，制坯工步如图2所示。实践证明，采用这种工艺能够锻出合格的锻件。
图1锻件图
本文对半轴管零件的锻模设计、锻造生产中出现的质量问题以及后来采取的改进措施，论述如下。
图2制坯工步图
(a)下料(b)压肩(c)拔摔杆部
二、锻造生产中的质量问题
根据锻造生产的常规理论，我们开始设计的锻模如图3所示。该锻模锻造出来的锻件出现了如下质量问题，如图4所示。
图3原设计的锻模图
图4原设计锻模生产的锻件
(1)锻件头部凹坑(φ88)与外缘(φ118)不同轴，偏差达2～5mm，锻模使用时间越长，偏差越大；
(2)在凹坑内m处出现了折叠，其深度1～5mm，折叠分布在凹坑圆周上，其长度从半圆到整圆不等。
由于锻造缺陷的产生，严重削弱了锻件的机械强度，使锻件成为废品。
三、锻造缺陷的原因分析及锻模设计的改进措施
1.原因分析
(1)由图4知，锻件中的凹坑(φ88)与外缘(φ118)都是在上模中成形的。在锻模加工时，二者的同轴度是可以保证的。凹坑偏心是由于成形凹坑的模芯在锻造中出现变形、偏斜所造成的。而引起模芯偏斜的原因又是因为锻模锁扣有3°斜角，故在锻造开始时，模具不能对锻件的错移起矫正作用，因为锁扣之间有一个较大的间隙Δα，见图3右半部。
当模芯进入下模腔中，要矫正模芯在锻件中的错移就很难了。此时变形金属受到了下模腔的制约，模芯要克服很大的金属变形抗力才能矫正自身的错移。由于模芯较长(96mm)，在上模中横向呈悬臂结构，而且模芯的四周及底部都被热金属所包围，受热情况严重，有时过热到呈暗红色，其强度大大下降，在矫正错移的过程中，模芯自身会产生屈服变形和轴向偏斜。使锻件出现了凹坑偏心现象。
(2)图4中m处出现的折叠是因为a、b两处金属大量急速地向外流动，带动着m处附近的金属一起向外流动，使该处已被氧化的表面金属相汇合而形成的。
2.改进措施
为了消除锻件凹坑偏心的缺陷，我们取消了锁扣(如图3所示)的3°斜角，制成直桶状锁扣，同时为了便于锁扣的导入，在入口处设有20mm×15°的喇叭口，改进后的锁扣如图5所示。
图5改进后的锻模锁扣图
由于锻模在使用中上、下模的温度不一致，会使上、下模热胀程度不同，上、下模须留一定的间隙Δ。间隙Δ可按下式计算：
Δ=Δ0+Δl/2
式中Δ0——模具在常温下的间隙值，一般取Δ0＝0.3mm
Δl——模具在使用温度时增大的双边间隙值
Δl＝l(α下T下-α上T上)
l——锻模锁扣的直径
T上和T下——上模和下模的温度
α上和α下——上模和下模的热膨胀系数
取l＝300mm，T上＝200℃，T下＝350℃；查文献［1］得：α上＝12.2×10-6，α下＝12.8×10-6。将具体数据代入上面的公式得：Δ＝0.61mm。
(2)为了消除m处的折叠我们将c处的R5改为R15，d处的R10改为14×45°。改进前后的锻模型腔轮廓如图6所示。其目的是减缓a、b两处金属的流动速度。
锻模作上述改进后，已经批量生产，证实再也没有发现上述锻造质量问题。
图6锻模的型腔改进图
(a)改进前的型腔；(b)改进后的型腔
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