外星轮温锻成形冲头模具设计失效分析及ABP特殊喷丸工艺

2021-07-23 来源：松原农业机械网

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汽车万向节锻件温锻工艺由冷锻工艺补充发展而来，现已成为一项专门的成形技术。温锻生产使用的温锻成形冲头性能稳定且寿命高，是大批量温锻生产自动化持续进行的前提。某节型外星轮锻件温锻生产时四工位冲头寿命较低、换模频繁，致使生产效率降低、生产成本增高，我们通过对增加ABP特殊喷丸工艺的模具制造工艺进行优化，使得模具寿命得到了提高，从而带动了生产效率的提升和生产成本的下降，且使用新工艺生产的锻件质量稳定，满足了汽车万向节锻件大批量生产的要求。本文简要地介绍了ABP特殊喷丸工艺在外星轮温锻成形冲头生产中的应用。

外星轮温锻成形冲头模具设计、失效分析及ABP特殊喷丸工艺

外星轮温锻成形冲头模具设计

针对外星轮温锻件冷温锻生产的特点，将坯料在中频加热炉加热到850～940℃，在20MN温锻压力机上采用四个工位模具型腔进行四工步温锻成形，使用石墨自动润滑系统对冲头进行润滑和冷却，使用四工位最终球道内腔成形冲头，使用真空淬火+四次回火热处理工艺，硬度50～52HRC。模具材料牌号：1.2367（X40CrMoV53），表1为1.2367钢典型化学成分。

外星轮温锻成形冲头失效分析

对下线模具钢材化学成分进行检查合格，金相检查也合格。对冲头失效形式进行统计后发现，90%以上的冲头失效形式为裂纹，其中倒角R1处开裂比例较大，如图1所示。模具开裂是由于模具在交变应力和交变热应力的反复作用下产生的热疲劳裂纹在尖角应力集中处扩展导致的。倒角R1处裂纹产生的原因，一方面是由于倒角处所受交变应力的作用，另一方面是由于锻件塑性变形过程中冲头R1倒角局部受到较大的应力。针对倒角R1处开裂，我们将倒角由R1改为R2，以改善倒角处应力集中现象，模具图纸造型更改为R2后此位置没有再出现裂纹，但球道两侧等位置仍然有裂纹失效问题，如图2所示，需要进一步改善，初步选用一胜百公司的ABP特殊喷丸工艺进行验证，以检验该喷丸工艺的使用对减少应力开裂和疲劳裂纹是否有效果。

表1 1.2367钢典型化学成分（wt%）

图1冲头R1处裂纹失效

图2冲头球道两侧裂纹失效

外星轮温锻成形冲头ABP特殊喷丸工艺

ABP是一种采用特殊喷丸工艺的材料表面处理技术。冲头经加工后，其表面的残余应力会降低冲头的疲劳强度，在工作中容易产生裂纹，从而降低冲头的使用寿命。喷砂处理是用无数个小圆形颗粒连续击打零件表面，使工件表面形成一层均匀的残余压应力层，如图3所示，所产生的表面压应力能有效的抑制工件表面裂纹的萌生和发展，进而使工件的疲劳寿命得到有效的提高，如图4所示。冲头经喷砂处理后热疲劳和热龟裂现象得到了明显的改善，应力开裂减少，能够有效延缓初期裂纹的扩展使模具寿命得到显著延长。

图3 ABP特殊喷丸工艺示意图

图4 ABP强化模具表面的微观结构

增加ABP特殊喷丸工艺后温锻冲头加工流程如图5所示：

图5温锻冲头加工流程

温锻冲头抛光后，如图6所示，再进行ABP特殊喷丸工艺处理，ABP特殊喷丸工艺处理后冲头的表面，如图7所示。

图6温锻冲头抛光后

图7温锻冲头ABP特殊喷丸后

温锻冲头ABP特殊喷丸工艺后生产使用验证

使用温锻冲头进行生产验证，结果表明，冲头的平均寿命由7525件/个增加到10096件/个，冲头寿命提高了约34%，结果说明，ABP特殊喷丸工艺的使用对模具使用寿命的改善效果显著。

图8冲头寿命对比

结论

⑴本文通过研究分析外星轮温锻成形冲头失效形式，探索出了一种ABP特殊喷丸工艺，介绍了该工艺在外星轮温锻成形冲头生产中的应用。