随着我国经济的快速发展,汽车产业繁荣发展,汽车产量也持续增长。且随着国民生活水平的提高,对中高端汽车的需求量越来越大,所以对汽车零部件市场中高精度、高质量、形状复杂锻件的需求量也越来越大。平衡轴一般用在中高端汽车上,是汽车发动机的重要组成部分,发动机工作时的受力情况复杂多变,除了受自身旋转引起的惯性力、离心力之外,还承受交替变化的负载。随着现代科学技术的快速发展,汽车发动机要求噪声低,发动性能良好。发动机的震动源是曲轴转动产生的,曲轴的曲臂部位配有偏心块,但在曲轴旋转时它只能平衡旋转力矩,而无法平衡往复惯性力及其力矩,因此要采用专门的零件即平衡轴。平衡轴形状复杂较难成形,在热锻过程中通常会出现折叠、充不满、开裂等缺陷。本文以某一车用平衡轴为研究对象,结合平衡轴的形状及结构特点和生产实际对平衡轴进行工艺性分析,确定了预锻+终锻的成型工序,并提出合理的工艺链。针对两种模具模膛布局结构,通过DEFORM 3D软件模拟平衡轴的锻造成形过程,两种方案分别对金属坯料进行点追踪分析、等效应力对比分析和贴膜率对比分析,得到坯料在成形过程中的金属流动规律和坯料金属的填充率,确定平衡轴预锻和终锻的模腔布局方式和模具结构。且通过DEFORM 3D软件对平衡轴的数值模拟结果分析可知,终锻成形后的成形载荷和模具应力较大,主要问题是锻件的折叠缺陷。通过分析坯料金属在成形过程中的流动变形,得知锻件折叠缺陷的原因是平衡轴预锻模具结构不合理,平衡轴的加强肋底部拐角处形成金属汇流,导致此处产生金属折缝;平衡轴加强肋和平衡块的连接处金属流动不均产生凹坑。此外,平衡轴终锻载荷较大,使模具磨损严重,降低模具寿命。为解决平衡轴的锻件缺陷,采用响应面分析法对预锻模具结构参数进行优化。采用响应面法中的Box-Behnken设计法,设计变量为平衡块模腔拔模角度α1(A)、加强肋高度H(B)及加强肋单侧模腔拔模角度α2(C),响应目标为平衡块与加强肋连接处的折叠角(R1)、加强肋拐角根部的折叠角(R2)。将DEFORM模拟数据进行方程拟合,得到响应曲面模型,并对该模型进行分析,使响应目标即折叠角度值最小,得到模具结构参数的最优组合,即因素A(平衡块模腔拔模角度)为10°,因素B(加强肋高度)为8mm、因素C(加强肋单侧模腔拔模角度)为145°。平衡轴终锻载荷较大导致模具磨损严重,为降低成形载荷,减少模具磨损,采用响应面中的Central Composite Design设计法对成形工艺参数进行优化。设计变量分别为坯料预热温度T1(A)、模具预热温度T2(B)及压力机下压速度V(C),响应目标为终锻成形载荷(R1)和终锻下模模具磨损(R2)。同样的,对DEFORM模拟数据进行方程拟合,得到响应曲面模型,并对该模型进行分析,得到工艺参数的最优组合为因素A(坯料预热温度)为1200℃,因素B(模具预热温度)为294℃、因素C(压力机下压速度)为46mm/s。通过实际生产验证表明,通过模具结构和工艺参数的优化,能有效避免平衡轴的折叠缺陷,并且成形载荷和模具磨损得到显著降低。