CN1008976B - 汽车前轴成型辊锻工艺 - Google Patents

Abstract

本发明是一种汽车前轴生产工艺。其特征是：在汽车前轴生产过程中，从制坯、预成型到终成型都采用辊锻工艺，为适应该工艺的要求，制坯模具采用了典型的导形截面：礼帽形型槽；前滑值为0.5～1.5%。该工艺投资少、生产率高、锻件质量好，适用面宽。

Description

本发明属于金属制品的锻造和轧制技术。

辊锻是近几十年来发展起来的一种锻造新工艺，近年来，国内成型辊锻有一定程度的发展和应用，但像汽车前轴这样大而复杂的锻件，采用成型辊锻工艺还未见报导。在国外，汽车前轴的生产是先采用辊锻制坯，然后采用万吨级热模锻压力机成型及模锻锤模锻成型。目前我国生产大型锻压设备的能力差，引进和使用该设备的能力也较差，所以直至今日，全国只有第二汽车制造厂（以下简称一汽）和第二汽车制造厂（以下简称“二汽”）有这种大型锻压设备，二汽是在七十年代引进西德奥穆科公司12000吨压力机生产线的。当时投资1000万美元，一汽八十年代初利用西德奥穆科公司12500吨压力机（由第二重型机器厂引进技术资料，自己制造，出售给一汽）花费了3000万人民币，这样的投资，在中小厂是根本办不到的。一汽”、“二汽”两条生产线，生产汽车前轴合计25万件/年，这一数量远远不能满足我国汽车工业的发展。采用其它工艺生产汽车前轴，有明显的缺点，如模锻工艺震动噪声大，工人劳动条件差，厂房地基要求高，胎模锻造道次多，锻件质量差，生产批量小，不能适应我国汽车工业发展的需要。

本发明的目的是提出一种汽车前轴的生产从制坯、予成型到终成型均采用辊锻工艺。使用该工艺生产汽车前轴，投资少、生产率和利润率高，锻件质量好，适用面宽。

本发明的特征是：

1、汽车前轴生产中制坯、予成型及终成型的辊锻模具装在具有如下参数辊锻机的锻辊上。

辊锻机参数是：

辊锻力≥400吨;辊锻力矩≥40吨米。

转速≥8转/分;电机功率≥245千瓦。

2、制坯模具采用了典型的异形截面：礼帽形型槽，并在其上刻有阻力槽，以解决辊锻中产生的不均匀变形和要求的宽展（见图6B-B及C-C）。因采用该截面比采用其它任何截面，如椭圆形、圆形、方形、菱形得到更大的宽展量，且能解决予成形时左右侧存在的不均匀变形，以保证毛坯顺利地进入型槽，使辊锻得以正常进行。

3、为解决辊锻各道次的周期啮合，前滑值选为0.5～1.5%比较合适

4、为解决锻件两个“拳头”（见图1、图2中的1）的良好成型在予成型及终成型辊锻时分别在后壁易成型区hz各成型一个“拳头”，并去掉予成型辊锻模的前壁，以适应毛坯的长短变化（见图5A、B）所谓后壁是指图4、5中的h处，前壁是指图5中的g处。

5、为解决辊锻件长度波动，采用中频感应炉加热，以严格控制始锻湿度，另外在切边后铺以定长弯形模具来保证锻件长度的要求。

6、为保证制坯辊锻件平直出模，采用了“上压力”轧制的方式，即图6A、B视图中4处直径R₄大于5处直径R₅。并在辊锻机后方设置接料工作台，以娇正制坯辊锻件向下弯曲。

在图1中：A是终成型辊锻件图的主视图;

B是终成型辊锻件图的俯视图（1处为“拳头”2处为

“钢板座”）

在图2中：A是予成型辊锻件图的主视图;

B是予成型辊锻件图的俯视图。

在图3中：A是坯辊锻件图的主视图;

B是坯辊锻件图的俯视图。

在图4中：A是终成形辊锻模具上模图

B是终成形辊锻模具下模图

A-A是终成形辊锻模具的截面图

B-B是终成形辊锻模具的截面图

C-C是终成形辊锻模具的截面图

D-D是终成形辊锻模具的截面图

E-E是终成形辊锻模具的截面图

F-F是终成形辊锻模具的截面图

G-G是终成形辊锻模具的截面图

在图5中：A是予成形辊锻模具的上模图（1为前壁区）

B是予成形辊锻模具的上模图（2为前壁区）

A-A是预成形辊锻模具的截面图。

B-B是预成形辊锻模具的截面图。

C-C是预成形辊锻模具的截面图

D-D是预成形辊锻模具的截面图

E-E是预成形辊锻模具的截面图

F-F是预成形辊锻模具的截面图。

G-G是预成形辊锻模具的截面图。

在图6中：A是制坯辊锻模具的上模图;

B是制坯辊锻模具的下模图;

A-A是制坯辊锻模具的截面图;

B-B是制坯辊锻模具的截面图;即“礼帽形”截面

C-C是制坯辊锻模具的截面图;即“礼帽形”截面

D-D是制坯辊锻模具的截面图。

关键辊锻模的设计步骤如下：

1、根据另件图绘制锻件图及辊锻件图。

分模面、加工余量及公差、模锻斜度的选取原则与模锻相同。由锻件图展开成辊锻件图主要在于中性层系数的选取，本发明的各类前轴中性层系数定为0.33，辊锻件图如图1所示。

2、选择原毛坯及辊锻道次，

1.绘制锻件截面图

从截面图可以确定锻件最大及最小截面面积，各区段体积及总体积，锻件纵向变化情况。

2.原坯料确定：

Fo＝K·Fmax

式中：Fo为毛坯截面积，K为截面增大系数，

Fmax为辊锻件最大截面面积。

$\mathrm{do=}\sqrt{\frac{\mathrm{4Fo}}{\pi }}$

计算出来的原毛坯直径圆整到国家系列标准。

3.辊锻道次确定：

λs＝ (Fo)/(Fmax)

式中λs为辊锻总延伸系数，Fmax为辊锻件最小截面积。

$\mathrm{Z=}\frac{{\lg }^{{\lambda }_S}}{{\lg }^{{\lambda }_{平}}}$

式中Z为辊锻道次，λ_平为每道次辊锻平均延伸系数。

3、终成形辊锻模的设计：

拳头（图4A-A截面）至钢板座（图4G-G截面）区段前滑值为0.4～0.8%，两钢板座之间前滑值为1～2%，根据以上前滑值计算出模具圆弧长，并换算成圆心角，终成形辊锻模具（见图 4）。

4、预成形辊锻模的设计：

1.绘制预成形辊锻件。

为保证终成形辊锻件的良好成形，在预成形时预先成形一个拳头1。另按体积相等的原则，将之分成3个部分与终成形的拳头1至钢板座2及两钢板座之间体积对应相等，设计的予成形辊锻件见图2。

2.予成形辊锻模的设计：

选择前滑值，计算出模具弧长并换算成模具中心角，设计的予成形辊锻模见图5。

为保证“拳头”部位的良好成形，将其放在后壁易成形区，为适应毛坯长度尺寸的变化，去掉模具前壁。

5、制坯辊锻模具的设计

1.毛坯辊锻件的设计

设计的毛坯辊锻件见图3。

关键在于选择一个典型的异形截面：礼帽型。其优点是即能保证在相同的压下量时，对于其它截面有最大的宽展，又能解决下一道辊锻时的不均匀变形，避免毛坯的左右偏摆。

2.制坯辊锻模具的设计：

设计的制坯辊锻模具见图6

特征是采用B-B，C-C截面为礼帽形，且上模a1处直径大于下模b2处直径约20～30mm。

实施例：

以EQ-140型汽车前轴为例对本发明加以说明，该前轴辊锻工艺流程如下：

1、下料：采用G72弓形锯床，φ140圆钢，下料长度 520±2mm。

2、加热：采用KGPS250-1型中频感应加热炉，始锻温度1200°±20℃;

3、成形辊锻：采用D42-800辊锻机，经制坯、予成型，终成型三道次辊锻;

4、局部整形：采用J53-630摩擦压力机进行掉头局部整形;

5、切边：采用J53-400摩擦压力机进行掉头切边;

6、弯形：采用YTA71-1000液压机进行定长弯形。

7、热校正：采用非标1600吨摩压机进行整体热校正。

8、热处理：调质HB241～285

9、检验。

其关键辊锻模具的设计步骤如下：

（一）根据另件图绘制辊锻件图：

1.选择分模面;

2.确定余量和公差;

3.确定模锻斜度;

4.计算辊锻件展开长度，其中性层系数取为0.33即可;

5.绘制辊锻件图。

（二）选择原毛坯及辊锻道次

1.绘制锻件截面图

从中可确定锻件最大及最小截面的面积，各区段体积及总体积，锻件纵向变化情况;

2.原坯料确定

根据截面增大系数K＝2

∴Fo＝K·Fmax＝2×7150＝14300

$\mathrm{do=}\sqrt{\frac{\mathrm{4Fo}}{\pi }}\mathrm{=134}$

考虑到制坯辊锻时的宽展要求，取do＝140。

3.辊锻道次确定

总延伸系数λs＝ (Fo)/(Fmax) 已知Fo＝15394mm²

Fmax＝3312mm²

∴λs＝4.65

辊锻道次Z＝ (lgλs)/(lgλ平) 取λ_平＝1.8

Z＝2.61，即取辊锻道次Z＝3

一、终成形辊锻模的设计：

1、根据另件图绘出锻件图，在钢板座及拳头两处留加工余量，其余设计原则与一般锻件设计相同。

2、根据锻件图绘制辊锻件图。

首先计算展开尺寸，中性层系数取0.33，则冷辊锻件总长为1661mm，本发明的冷缩率定为1.27%，则热尺寸为1680mm。另如需增加局部整形工序，则在局部整形部位留整形余量3～6mm，在弯曲处留拉伸余量2～6mm，绘制的热辊锻件图如图1。其中L₃为1680mm，l₃前为4145mm，l₃中为851mm。

3、绘制终成形辊锻模

根据多次试验的经验，选择拳头至钢板座区段前滑值为0.45%，两钢板座之间区段前滑值为1.43%，毛边平均宽度及厚度按40×6mm计算。

绘制的终成形模具见图4。

其外径D＝797mm，内径d＝500mm，整个模具全角为 256°，拳头中心角为230°，拳头毛钢板座中心角为52°30′，其余尺寸按辊锻件图选取，但型槽深度尺寸须扣除抬辊量。

二、予成形辊锻件的设计，

1、予成形辊锻件的设计

按体积相等的原则，将予成形辊锻件分为3部分，分别与拳头至钢板座区段，钢板座之间区段体积相等。即图2中l_2前区段与图1中l_3前区段与毛边之和体积相等，图2中l_2中区段与图1中l_3中区段与毛边之和体积相等。为了保证辊锻顺利进行，选择了不等边工字形以保证辊锻时左右侧压下量基本相等。

设计的予成形辊锻件（见图2）其中L₂为1130mm，l_2前为420mml_2中为290mm

2、予成形辊锻件模的设计

为保证拳头部位的良好成形，将其放在后壁易成形区，为适应毛坯的长度变化，去掉模具前壁（见图5A、B之1、2处）

设计的予成形模具见图5，其总角度为187°，后拳头中心至后钢板座前壁角度为49°30′，至前钢板座后壁角度为106°30′，至G-G截面角度为152°30′，至模具边缘为174°。其与终成形辊锻件对称的钢板座即D-D截面3处之宽度为保证有一定压下量取为165mm，整个锻件宽展量只留1-3mm。

三、制坯辊锻模具的设计

1、毛坯辊锻件的设计。

其主要目的是为了保证金属的正确分配及予成形辊锻件的良好成形。为此选择了典型的异形截面，礼帽形，选择该截面有如下优点：

1.可保证辊锻时左右侧压下量基本相等，避免辊锻时锻件的偏摆。

2.保证有足够的宽展以满足钢板座成形的需要。

设计的毛坯辊锻件如图3所示，其中L₁为920mm，l_1前430mml_2中60mm，其礼帽形截面基本尺寸如下：帽檐B宽为200mm，厚度h为18mm，帽顶b宽为90mm，截面总高度H为70mm。

方形截面宽度为自由宽展B_中为170mm

2、制坯辊锻模具的设计

模具总包角为142°，两端方形截面包角各为14°，礼帽形部位包角为52°。

上模外径为389mm，4处直径为375mm，下模外径为408mm5处直径为335mm，（见图6）。

Claims (1)

1、一种汽车前轴成型辊锻工艺，该工艺从制坯、予成型到终成型都在辊锻机上进行。

其特征是：

(1)为解决辊锻中产生的不均匀变形和要求的宽展，制坯模具采用了典型的异形截面：礼帽形型槽，并在其上面刻有阻力槽；

(2)为解决辊锻各道次的周期啮合，前滑值选为0.5～1.5%；

(3)为解决锻件两“拳头”的良好成形，在予成型辊锻时分别在后壁易成型区

处各成型一个“拳头”，并去掉予成型辊锻模的前壁，以适应毛坯的长短变化。

(4)为解决辊锻件长度波动，采用中频感应炉加热。

(5)为保证锻件长度的要求，在切边后铺以定长弯形模具；

(6)为保证制坯辊锻中平直出模，采用了“上压力”轧制方式。

(7)为娇正制坯辊锻件的向下弯曲，在辊锻机后方设置接料工作台。

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