125MN热模锻自动化生产线工艺质量问题分析与改进

文章来源：《锻造与冲压》2025年第23期（点击阅读整本杂志）

125MN热模锻压力机生产机组是公司核心自动化生产线，主要用于生产曲轴、前轴、前臂轴等长杆类锻件，该生产线主要由4000kW的双电源中频加热炉、RW1000辊锻机、KP125MN楔式热模锻压力机、ADP1250t闭式双点切边压床、HKVM250t扭曲机及2000t的整形液压机组成，整条线的设计、制造与安装调试均由二重公司完成，于2006年8月份正式投产。除了2021年主机更换过一次高速轴外，未发生过大的设备故障及主要部件更换。但经过20年运行，设备运行精度下降，生产工艺稳定性变差。加之近年来产品品种不断增加，模具频繁更换调整，导致产品质量问题频发。因此，通过工艺改进与装备技术提升保障生产线高质、高效生产，成为公司亟待解决的技术难题。

生产线现状及问题

近年来，国内大型锻造生产线数量增多，引发产能过剩，曲轴锻件市场供大于求的现象愈来愈明显，叠加国家经济下行导致的市场需求不足，曲轴锻件市场严重下滑，因此，公司在曲轴订单逐渐萎缩的情况下，依托该生产线开发了卡特彼勒公司的大型工机前臂轴、叉轴类锻件等非曲轴类锻件。这些产品多为多品种小批量类型，以往主要在模锻锤上生产，受锤上制坯工艺限制，材料利用率很低，生产成本居高不下，随着供应商采购价格逐年降低，成本压力持续增大，因此，公司将主要订单集中在该生产线生产，导致设备长时间运行且维保不足，小问题积累后严重影响设备运行精度。同时，多品种生产带来的频繁换产，进一步加剧了设备运行的不稳定性，最终反映到产品质量上。目前最主要质量问题包括：产品外观质量差、曲轴轴向尺寸不稳定、飞边毛刺压入锻件、校正顶杆顶坑、人工清理氧化皮影响生产节拍等，这些问题严重制约了产品质量稳定性与生产快速交付。

质量问题分析与解决措施

曲轴轴向尺寸稳定性差问题

曲轴锻件轴向尺寸误差较大，理论设计与实际锻件存在差异，长度超差主要集中在主轴颈、连杆颈轴肩，总长等关键部位。尺寸不稳定导致生产后续加工中连杆颈止推台厚度不均匀，引发客户抱怨，严重时造成整根曲轴报废。损失较大，为了不影响生产进度，生产过程中往往临时在线上对模具进行局部修磨，通过余量补偿的方式去处理，但是，当更换产品后同样的问题又再次出现(图1)。

图1 曲轴轴向尺寸相关状态图

⑴影响因素分析。

重点从材质、加热温度、生产节拍、设计过程热收缩系数、生产异常停工控制及处理措施等方面开展分析。统计2021年以来代表产品生产批次划线检验记录，转换为线性尺寸数据(图2)，对比连杆颈与大小头的理论设计尺寸和实际检测尺寸的差异，确定修订方案。

图2 曲轴连杆颈线性尺寸标注方法

⑵改进措施。

通过数据统计对比(表1 ～3)，对四种理论设计方案的参数缩放系数进行修正调整：一、二、三连杆颈采用方案1、3的缩放系数并适当修正，四、五、六连杆颈采用方案4的缩放系数，取消方案2设计参数。针对两端(大小头)线性尺寸，采用D、E标注方案的产品两端偏长，超出名义尺寸1.2 ～3.2mm；采用F1、F2标注方案的产品两端偏长情况略好，超出名义尺寸0.8 ～1.8mm，主要受连杆颈中心缩放系数及修正量影响。最终确定两端线性尺寸采用F1、F2标注方案，缩放系数1.015，适当缩短0.5 ～1.5mm。已完成8种曲轴锻件产品的模具优化设计，消除了线性尺寸不稳定导致的质量隐患。

表1 产品划线测量连杆颈中心距线性尺寸数据统计(mm)

表2 产品连杆颈中心距线性尺寸理论设计参数(mm)

表3 连杆中心线性尺寸实际与理论对比结果

飞边毛刺压入锻件问题

锻模出模顶杆在成形过程中长期存在刮毛刺现象。飞边形成过程中金属流动冲刷顶杆位置，因顶杆高度比分模模面高度稍低，预锻时飞边形成不等厚形状，终锻时不规则形状被顶杆孔边缘刮蹭脱落，挤到顶杆孔当中，在生产过程中，操作工吹风冷却润滑时，刮下来的毛刺掉入型腔中，在下次成形过程中被压入锻件里，导致锻件压伤、后续加工中易形成废品(图3)。

图3 毛刺压入锻件缺陷

⑴原因分析。

1)顶杆外侧凸台不合理：在毛边流动过程中，顶杆外侧凸台与毛边接触，引起啃刮毛刺现象；

2)仓部高度偏低：仓部局部高度不足，导致毛边过早接触模具，横向流动不畅，引起回流，挤入顶杆及模具顶杆孔之间，引起挤毛刺问题；

3)顶杆回程不畅：直径φ19mm的顶杆,强度不足,容易发生弯曲,造成回程不畅。锻打时回程不到位，引起啃刮毛边；

4)顶杆长度不合理：顶杆长度290mm，距桥部顶面仅为2mm，过早接触毛边，挤压力过大，导致毛边挤入顶杆与顶杆孔之间，引起毛刺。

⑵改进措施。

1)取消或降低顶杆外侧凸台：取消或降低顶杆顶杆外侧凸台，使顶杆工作面与仓部平齐，减少啃刮源；

2)增加仓部高度：将靠近顶杆部位的仓部高度由15mm增加至20 ～25mm，延缓毛边与仓部接触时机，避免回流挤毛刺如图4所示；

图4 优化后的顶杆孔结构

3)加大顶杆直径：取消直径φ19mm的顶杆,统一直径，将顶杆直径增粗至24 ～29mm,增强强度，避免顶杆弯曲引起回程不畅问题；

4)降低顶杆长度：在保证正常出模及转运的情况下，将顶杆长度由290mm降低至280mm，增大至桥部顶面的距离，避免过早接触毛边，挤压毛边形成毛刺，如图5所示。

图5 优化后的飞边刮毛刺现象消失

校正过程锻件垫入缺陷问题

曲轴锻件在校正过程中，由于校正顶出结构限制，加工后顶杆孔位置的型腔局部存在尖角现象(见图6a)。虽加工时做了圆角处理，但锻件厚度不一致，厚度尺寸超差的曲轴锻件校正时变形过大，顶杆位置锻件表面就会出现被校正模型腔垫入的现象(图6b)，当垫入较严重时后续机加工余量不足，导致废品产生(图6c)。

图6 顶杆孔位置结构及垫伤锻件形态

⑴针对该质量问题，通过对现有模具结构及现场生产验证进行详细的分析，初步判断造成该质量缺陷的主要原因如下：

1)由于校正模顶杆安装槽的存在，减少了该主轴颈与锻件的接触面积，且顶杆安装槽四周均存在尖角，在校正过程中锻件受力集中，容易压伤锻件主轴颈。

2)顶杆工作面与锻件主轴径的形状并不完全一致，顶出过程中与锻件接触面积较小。在出模过程中，由于锻件自重、出模力等因素，顶杆会对锻件造成顶坑。

3)校正过程中，部分锻件表面的氧化皮脱落，而顶杆与模具之间存在间隙，氧化皮通过间隙进入顶杆安装槽底部，逐渐将顶杆垫高，超出模具工作面。在校正过程中，顶杆直接扎伤锻件。

⑵改进措施。

基于曲轴校正工艺特点，校正核心是通过精压主轴颈校直切边方向弯曲、精压连杆颈校正空间角度，其他部位校正时可不受力，顶杆仅起顶出锻件方便机器人抓取的作用。简化型腔结构，保留主轴颈和连杆颈校正功能，取消顶杆结构及主机下顶出动作，锻件可直接由机器人抓取。选取020070030-LT曲轴进行热校正模优化验证，调试效果理想，从根本上解决了锻件顶坑问题(图7)，同时提高了校正工序节拍，降低了模具制造成本。

图7 曲轴校正模优化及验证图

结束语

通过以上改进措施，有效的解决了生产线中存在的严重影响产品质量的生产难题，实现了提质增效的目的，为公司适应市场需求变化，提升工艺技术水平、保障企业生存与发展提供了有力的技术保障。相关工艺优化改进方案已成功应用于612600020865、31323320ETC、WL-08-001、RHZL040001D等12种曲轴产品的优化改进中。