CN101607294B - 中重型汽车转向节模锻挤压复合工艺 - Google Patents

Abstract

一种中重型汽车转向节模锻挤压复合工艺，克服传统生产工艺材料利用率低和设备投资大的缺点，利用模锻锤制坯的灵活性、压力机挤压模具的结构特点，采用模锻锤生产工艺和压力机挤压复合工艺，主要技术方案是：V形刃口和局部闭式结构的模具立劈坯料、阻尼埂结构的预锻型腔，局部半闭式结构的终锻型腔、转向空间热挤压成型工艺，等一系列技术措施、参数要求和相应的模具、设备，使本发明既有模锻锤生产工艺的设备投资小、结构简单、装备制造周期短，生产工艺流程合理、加工容易的特点，又有产品质量好，生产率高的特点，材料利用率明显高于原有任何一种转向节加工工艺，显著降低了产品生产成本。

Description

中重型汽车转向节模锻挤压复合工艺

技术领域

本发明属于机械制造领域的锻造加工工艺，特别是分模面与法兰盘面垂直的汽车转向节模锻锻造工艺技术。

背景技术

转向节是汽车前桥总成及前悬架系统中的关键结构件，它联结前桥和转向系统，不仅承载汽车全部重量，传递转向动力，还承担着来自地面的冲击和车轮侧向制动等产生的负荷，是汽车行驶中安全性的有力保证。转向节在汽车底盘部件中属于形状复杂的保安件。由于我国汽车产业的高速发展，转向节产品的生产和研制也取得长足进步，随之带来行业间的竞争日趋激烈。目前，国内商用车特别是中重型汽车转向节生产工艺具有代表性的主要有以下几种：

热模锻压力机生产工艺：在3000T或以上吨位的热模锻压力机上整体轻墩坯料去氧化皮、压扁杆部、预锻、终锻成型。这种生产工艺生产率高、锻件质量好，但投资大、设备结构复杂、工艺装备制造周期长、材料利用率低。这种锻造工艺在国内大型国有锻造厂应用比较普遍。

摩擦压力机生产工艺：先在空气锤上整体轻墩坯料去氧化皮、拔长杆部、墩粗头部坯料，再在3000T摩擦压力机上预锻，最后在2500T或以上吨位的摩擦压力机上终锻成型。这种生产工艺投资小、设备结构简单、工艺装备制造周期短，但生产率低、锻件质量相对较差、材料利用率低。这种锻造工艺在国内很多民营锻造厂应用比较普遍。

模锻锤生产工艺：先在3T模锻锤上整体轻墩坯料去氧化皮、拔长杆部、预锻，再对坯料进行二火加热在5T或以上吨位的模锻锤上终锻成型。这种生产工艺投资小、设备结构简单、工艺装备制造周期短，但制坯时间长，需要二火加热，能源浪费大，生产率低，锻件质量差，材料利用率低。

发明内容

本发明的目的是：利用模锻锤制坯的灵活性克服各种生产工艺中材料利用率低和压力机生产工艺中投资大的缺点，发挥模锻锤在制坯时坯料逐步墩粗成型和压力机挤压制坯模具的结构特点，提供一种制坯模具结构和生产工艺独到，可以使转向节制坯时坯料分布均匀、材料利用率高、模具寿命长、锻件质量好的中重型汽车转向节模锻挤压复合工艺。

本发明的技术方案是：采用中频加热炉加热圆形棒坯料至锻造工艺所需温度，放在锻锤上制坯模拔杆型腔中对圆形棒坯料一端拔长形成杆部，再在制坯模水平分模面平面处对拔长后的坯料耳部压扁，压扁后的坯料在制坯模立劈型腔中立劈坯料，立劈后的坯料在制坯模预锻型腔中预锻成形，预锻后的坯料转到锻锤终锻模中终锻成形，终锻成型后的锻件切边，切边后进行热校正，本工艺中，制坯模立劈型腔下模沿椭圆形孔洞一周设计成与水平面7°～12°的反倾角，且在下模长耳外侧设计有突出水平分模面30mm～40mm高的类方形结构，该类方形结构上平面设计与水平面成6°～10°的倾角；上模型腔总体截面设计成梯形状，且在梯形状型腔轴线处设计出V形刃口，V形刃口的刃端顶点到水平分模面的距离为转向节法兰盘厚度加2～3mm，V形刃口的口端宽度比转向节长短耳内侧宽度大1～2mm，刃端设计倾角为与垂直面成45°～60°，口端设计与垂直面成倾角为5°～10°；制坯模预锻型腔法兰盘与杆部过渡周围及两耳内侧周围设计出宽8mm～12mm高6mm～10mm的类半圆形阻尼梗，预锻结束要求锻件温度不低于850℃转到终锻；终锻模型腔法兰盘与杆部过渡处为高20mm～25mm的局部半闭式结构，两耳内侧有阻尼槽结构，终锻结束要求锻件温度不低于750℃转到切边；制坯模预锻型腔、终锻模型腔的杆部长度比实际长度减短3～4mm，法兰盘部宽度缩小1.8～2mm，法兰盘厚度缩小0.3～0.5mm，转向节短耳整体向内偏移2～3mm；切边后的锻件在进行热校正前对前轴转向空间采用热挤压成型工艺进行挤压成型，热挤压成型模具设计成开式结构，采用杆部轴承颈和短耳定位，前轴转向空间热挤压成型后锻件温度不低于600℃转到热校正；切边、热挤压成型、热校正在同一台摩擦压力机上进行。

锻造工艺所需温度为根据圆形棒坯料即圆钢的材质不同温度略有差异，一般为1150℃～1250℃，该温度可由数据手册查得。

除加工初始时的温度为根据所用原料材质确定外，其后各阶段的温度均应达到本工艺要求，当设备设置完善、流程合理、生产节奏安排紧凑流畅的情况下，各个阶段均能在上一工序结束时，和到达下一工序时达到温度要求，中间无需二次加热。

工艺流程如下：

1.下料；

2.加热；

3.制坯预锻成形锻造，经拔长杆部、耳部压扁、立劈制坯和预锻成形四步工序锻造，在同一台设备、一个多型腔模具体上进行；

4.终锻成形，对预锻后的坯料在终锻模具中模锻成形；

5.切边，对锻件进行整体切边；

6、热挤压成形，对切边后的锻件前轴转向空间进行热挤压成形；

7、校正，对锻件进行整体热校正，5、6、7工序在同一台摩擦压力机上进行；

8.检验。

本发明主要技术经济指标：

该工艺投资少、生产率高、锻件质量好，适应于各类中重型汽车转向节，特别是分模面与法兰盘面垂直的转向节锻件的生产。

1.转向节锻件精度和外观质量达到和优于GB12362规定；

2.关键质量项目，转向节配合前轴一起做台架实验时，转向节疲劳寿命138万次，远高于国家70万次标准；

3.材料利用率：92～95％，比热模锻压力机生产工艺的73～78％节材20％左右，如年产量60万件，年节约钢材3000T，价值近1500万元；

4.模具寿命：制坯模寿命2～2.5万件，终锻模寿命0.5～0.6万件。

由于采用模锻锤生产工艺，V形刃口和局部闭式模具结构的立劈坯料，阻尼埂结构的预锻型腔，局部半闭式结构和阻尼槽结构的终锻型腔，热挤压成型工艺取代机床加工的转向空间成型工艺，等一系列技术措施和相应的模具、设备，使本发明既有模锻锤生产工艺的设备投资小、设备结构简单、工艺装备制造周期短，生产工艺流程合理简单、加工容易的特点，又有产品质量好，生产率高的特点，特别是，材料利用率明显高于原有任何一种转向节加工工艺，显著降低了产品生产成本。

附图说明

图1是本发明锻件主视示意图。

图2是本发明锻件俯视示意图。

图3是本发明终锻模具下模俯视示意图。

图4是本发明终锻模具G-G剖视示意图。

图5是本发明终锻模具H-H剖视示意图。

图6是本发明预锻锻件主视示意图。

图7是本发明预锻锻件俯视示意图。

图8是本发明立劈坯料主视示意图。

图9是本发明立劈坯料俯视示意图。

图10是本发明耳部压扁坯料主视示意图。

图11是本发明耳部压扁坯料俯视示意图。

图12是本发明拔长杆部坯料主视示意图。

图13是本发明拔长杆部坯料俯视示意图。

图14是本发明制坯模具下模俯视示意图。

图15是本发明制坯模具D-D剖视示意图。

图16是本发明制坯模具C-C剖视示意图。

图17是本发明制坯模具A-A剖视示意图。

图18是本发明制坯模具B-B剖视示意图。

图19是本发明制坯模具F向局部视图。

图20是本发明制坯模具E-E剖视示意图。

图21是本发明前轴转向空间热挤压成型压头模具图。

具体实施方式

下面结合附图，以出口印度TATA汽车集团公司的909型汽车转向节为例对本发明加以说明，如图1、图2，该转向节模锻锻造工艺流程如下：

1.下料：采用GB4025C带锯机，切割φ100圆钢，长度为248±2mm；

2.加热：采用KGPS800-1型中频感应加热炉，加热圆形棒坯料至锻造工艺所需温度；

3.制坯预锻成形锻造：采用3T模锻锤，拔长杆部、耳部压扁、立劈制坯和预锻成形四步工序锻造，四步工序锻造位于一个多型腔模具体上进行；

制坯模及其局部截面剖视如图14至20所示，在拔杆型腔10中拔长，拔杆型腔10横向截面为椭圆形，纵向截面为喇叭形状，如图15、图16，在水平分模面平面11压扁耳部，拔杆后的坯料如图12、图13所示，压扁耳部后的坯料如图10、图11所示，其中，图11、图13中的虚线部分为杆部4。压扁后的坯料立起使拔长变细的杆部4部分插入制坯模下模立劈型腔下模12椭圆形孔洞中立劈坯料，如图14、图17、图18所示，立劈型腔下模12沿椭圆形孔洞一周设计成与水平面成7°～12°的反倾角，本例中为12°，即立劈型腔下模12设计成锅底状结构13，制坯模上模14立劈型腔总体截面设计成梯形状15，且在梯形状15型腔轴线处设计出V形刃口16，刃端17设计倾角可在与垂直面成45°～60°之间取值即可，在本例中为与垂直面成53°，口端18设计与垂直面成倾角为5°～10°，在本例中相对于短耳2边口端设计为与垂直面成倾角8°，相对于长耳1边口端设计为与垂直面成倾角10°，刃端17顶点到水平分模面的距离为转向节法兰盘3厚度加2～3mm，口端18宽度比转向节长短耳内侧宽度大1～2mm，在立劈时不仅坯料向两耳方向分料，同时在此过程中坯料还可以有利于向预、终锻时窄且深的法兰盘3部方向展开，使坯料分布均匀合理，提高材料利用率，同时还可以采用较小规格的圆钢锻出较大截面积的法兰盘3部。根据最大截面选材原理，法兰盘3部最大截面等同于Φ140圆钢，但本发明工艺技术采用立劈工步之后仅需Φ100圆钢即可，采用较小规格的圆钢显著减少了钢材采购成本，同时还提高制坯时的拔杆效率进而提高劳动生产率。立劈还采用局部闭式结构，如图14、图18、图19所示，在下模相对于长耳1外侧设计有突出水平分模面30mm～40mm高的类方形结构19，且该结构上平面设计为与水平面成6°～10°的倾角，在本例中高取32mm且与水平面成10°的倾角，类方形结构19既可以在立劈时逼住坯料向较深的长耳1处分料，又可以保证在该位置不出毛边，同时还可以起锁扣作用，提高制坯质量和提高模具寿命。由于立劈采用较大的V形刃口16及适当的倾角，并配合下模锅底状结构13和局部闭式的类方形结构19，所以可使坯料产生较大的变形，又能保证变形后的质量，进而使后序的预、终锻窄且深的法兰盘3部和变形较大的长短耳部充形饱满，且飞边分布更加合理，从而提高了材料利用率和锻件质量。立劈后的锻件坯料如图8、图9所示，将立劈后的坯料水平放入预锻型腔20中预锻成形，预锻型腔20外围局部采用阻尼埂结构，相对于法兰盘3与杆部4过渡及两耳内侧周围设计出宽8mm～12mm高6mm～10mm的类半圆形阻尼梗21，在本例中宽取9mm，高取8mm，如图14、图20所示，实验证明该结构可以更好的保证预锻的充型质量，预锻后的锻件坯料如图6、图7所示，预锻结束要求锻件温度不低于850℃转到终锻。制坯模上模14除有说明的以外，其余与下模、预锻锻件对应。

4.终锻成形：采用5T模锻锤对预锻后的坯料在终锻模具中模锻成形；

终锻模及其截面剖视如图3至5所示，终锻型腔杆部与法兰盘过渡处采用高为20mm～25mm的局部半闭式结构7，如图4，本例采用25mm，两耳内侧增加阻尼槽结构8，如图5所示，此结构保证截面变化最大的杆部与法兰盘过渡处的飞边均匀，即提高材料的利用率，又能进一步保证窄且深的法兰盘部型腔的充形，局部半闭式结构7还能有锁扣的作用进而保证模锻锤上的锻件产品质量；终锻结束要求锻件温度不低于750℃转到切边。终锻模上模9与下模、锻件对应。终锻后锻件如图1、图2，仅没有前轴转向空间6。

5.切边：采用J53-630T摩檫压力机进行整体切边；

6.热挤压成形：采用J53-630T摩檫压力机进行，锻件立起杆部4放入工作台孔洞中，在轴承颈5处和短耳2定位固定，法兰盘3部设计成开式结构，便于取出锻件，热挤压成型压头模具如图21，对锻件的前轴转向空间6进行热挤压成形，锻件如图1、图2所示，前轴转向空间6热挤压成型后锻件温度不低于600℃转到热校正；

通过热压型模对前轴转向空间6进行立式挤压成型，不仅能去掉转向节机加工艺中粗、精挖底工步，使整个锻件生产过程均为锻造，无机加工工序，简化了加工工艺，而且还能节约原材料，该技术方案难点在于压型后锻件尺寸难以保证，一般转向节前轴转向空间容纳材料质量约为0.3Kg～0.9Kg，本例转向节前轴转向空间容纳材料质量为0.68Kg，通过对压型时金属流向进行实验分析后，发现在压型过程中坯料向杆部4流入的质量比例约为60％～70％、向法兰盘3部流入的质量比例约为30％～40％，且压型过程中短耳2整体向外偏移1.5mm至2.5mm，根据体积互换原理，通过在设计热锻件图时打破常规设计思维，对热锻件图杆部4、长短耳内外侧、法兰盘3部尺寸进行局部缩小处理，人为的对杆部4长度减短3～4mm，法兰盘3部宽度缩小1.8～2mm，厚度缩小0.3～0.5mm，转向节短耳2整体向内偏移2～3mm，从而解决压型后锻件尺寸难以保证这一难题。本例中对杆部4端减短4mm，法兰盘3部宽度缩小1.8mm、厚度缩小0.3mm，短耳2整体向内偏移2mm。

7、校正：采用J53-630T摩檫压力机，在热校正模中对锻件进行整体热校正，热校正主要校正杆部与法兰盘部的垂直度，模具按常规设计即可。工艺上把整体切边、转向空间热挤压成形、热校正三道工序在同一台630T摩檫压力机上进行，三道工序下模做成一个模具体，上模分开制作以便于在生产过程中灵活调整来实现与各自的下模对应。

8.检验：按锻件图检查锻件几何尺寸及表面质量。

完成全部锻造工艺后，进入热处理、探伤、机加工等工序。

模具设计及锻件加工过程中除上述特别要求之外，其它按常规设计规范进行。

Claims (1)

1.一种中重型汽车转向节模锻挤压复合工艺，采用中频加热炉加热圆形棒坯料至锻造工艺所需温度，放在锻锤上的制坯模的拔杆型腔(10)中对圆形棒坯料一端拔长形成杆部(4)，再在制坯模水平分模面平面(11)处对拔长后的坯料耳部压扁，将压扁后的坯料立起使拔长的杆部(4)部分插入制坯模下模的立劈型腔下模(12)椭圆形孔洞中立劈坯料，立劈后的坯料在制坯模预锻型腔(20)中预锻成形，预锻后的坯料转到锻锤终锻模中终锻成形，终锻成型后的锻件切边，切边后进行热校正，其特征在于：制坯模立劈型腔下模(12)沿椭圆形孔洞一周设计有与水平面成7°～12°的反倾角，形成锅底状结构(13)，且在制坯模下模长耳外侧设计有突出水平分模面30mm～40mm高的类方形结构(19)，该类方形结构(19)上平面设计与水平面成6°～10°的倾角；制坯模上模(14)立劈型腔总体截面设计成梯形状(15)，且在梯形状(15)型腔轴线处设计出V形刃口(16)，V形刃口(16)的刃端(17)顶点到水平分模面的距离为转向节法兰盘(3)厚度加2～3mm，V形刃口(16)的口端(18)宽度比转向节长短耳内侧宽度大1～2mm，刃端(17)设计倾角为与垂直面成45°～60°，口端(18)设计与垂直面成倾角为5°～10°；制坯模预锻型腔(20)法兰盘与杆部过渡周围及两耳内侧周围设计出宽8mm～12mm高6mm～10mm的类半圆形阻尼梗(21)，预锻结束要求锻件温度不低于850℃转到终锻；终锻模型腔法兰盘与杆部过渡处为高20mm～25mm的局部半闭式结构(7)，两耳内侧有阻尼槽结构(8)，终锻结束要求锻件温度不低于750℃转到切边；制坯模预锻型腔(20)、终锻模型腔的杆部长度比实际长度减短3～4mm，法兰盘部宽度缩小1.8～2mm，法兰盘厚度缩小0.3～0.5mm，转向节短耳整体向内偏移2～3mm；切边后的锻件在进行热校正前对前轴转向空间(6)采用热挤压成型工艺进行挤压成型，热挤压成型模具设计成开式结构，采用杆部轴承颈(5)和短耳(2)定位，前轴转向空间(6)热挤压成型后锻件温度不低于600℃转到热校正；切边、热挤压成型、热校正在同一台摩擦压力机上进行。

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