CN102240763A - 中重型汽车突缘模锻工艺及其冲孔校正复合模具 - Google Patents

Abstract

一种中重型汽车突缘模锻工艺及其冲孔校正复合模具，属于机械制造领域的锻造加工工艺，特别是汽车突缘闭式模锻锻造工艺及其冲孔校正复合模具，本发明克服原有生产工艺锻件质量差、生产工序多、材料利用率低等问题，采用闭式终锻模具一次终锻成形，模具顶料杆的头部做成模具的凸台，减小了连皮的厚度，然后在专用的冲孔校正复合模具上一步完成冲孔和校正，冲孔校正复合模具由校正凸模、凹模、冲头、蝶形弹簧、弹簧压板、拉杆等组成，本发明模具投入成本低，工艺流程合理简单，产品质量好，机加工量小，生产率高，显著降低了产品生产成本。

Description

中重型汽车突缘模锻工艺及其冲孔校正复合模具

技术领域

本发明属于机械制造领域的锻造加工工艺，特别是汽车突缘闭式模锻锻造工艺及其冲孔校正复合模具。

背景技术

突缘是汽车底盘系统中的关键结构件，它是连接传动轴和后桥的一个重要连接件，起着连接和传递力的作用，锻件形状简单，单件锻件重基本在2-8公斤，因此各个锻造厂的锻造方法各不相同，目前，国内商用车特别是中重型汽车突缘锻造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1600T或以下吨位的热模锻压力机上整体轻墩圆形棒坯料去氧化皮、开式终锻成型、最后切边。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、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圆形棒坯料去氧化皮、再在1600T或以下吨位摩擦压力机上开式终锻成型、最后切边。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、模具寿命低、锻件质量相对较差、材料利用率低。这种锻造工艺在国内民营锻造厂应用比较普遍。

模锻锤生产工艺：先在3T或以下吨位的模锻锤上整体轻墩坯料去氧化皮、再在终锻型腔中开式终锻成型、最后切边。这种生产工艺投资小、设备结构简单、工艺装备制造周期短，但锻件质量差，锻件机加工余量大、材料利用率低、能源浪费大。

自由锻锤生产工艺：先在1T或以下吨位的自由锻锤上整体轻墩坯料去氧化皮、再通过胎模锻造成型。这种生产工艺投资小、设备结构简单、工艺装备制造周期短，但锻件质量相当差，锻件机加工余量非常大、材料利用率相当低、能源浪费大。《机械管理开发》2002年02期有相关的报道。

发明内容

本发明的目的是克服原有生产工艺锻件质量差、生产工序多、材料利用率低等问题，提供一种材料利用率高、模具投入成本小、寿命高、锻件外观质量好、后序机加工余量小、锻造工序少的中重型汽车突缘模锻工艺及其冲孔校正复合模具。

本发明的技术方案是：将圆形棒坯料加热至锻造工艺所需温度后，放在模座工作平台上轻墩去掉氧化皮，再在闭式终锻模具中对轻墩后的圆形棒坯料进行一次终锻成形，本工艺中，闭式终锻模具闭式导向部分一周与垂直方向角度为3°至5°，导向深度为15mm至25mm，上下模侧隙为0.2mm至0.4mm，锻件的盘部一周对应模具型腔拔模角度为1°至2°，闭式终锻模具下模型腔的底部有顶料杆，顶料杆的头部做成模具的凸台，终锻结束要求锻件温度不低于750℃，终锻成形后的锻件，在闭式单点机械压力机上采用冲孔校正复合模具冲掉连皮并连续对翘曲的盘部进行热校正，冲孔和热校正两工序在冲孔校正复合模具一步完成。

冲孔校正复合模具有校正凸模、凹模和冲头，校正凸模上方有弹簧压板，校正凸模和弹簧压板之间有蝶形弹簧，弹簧压板上方有上模座，冲头和弹簧压板固定安装在上模座上，冲头位于校正凸模中间的孔中，拉杆通过上模座的过孔安装在校正凸模上，将校正凸模和上模座连接起来，校正凸模相对于上模座可以在拉杆的导向作用下上下运动，在拉杆上校正凸模和上模座之间套有复位弹簧，凹模与下模座连接。

按照本工艺生产突缘，流程按照上述进行，闭式终锻模具闭式导向部分一周与垂直方向角度为3°至5°，大于锻件的盘部一周对应模具型腔1°至2°的拔模角度，该两处度数的差别，即可保证锻件容易出模，同时导向部分角度大于拔模角度，还可以避免因为采用闭式锻造工艺而产生的毛刺会回流到盘部面上而产生折叠，毛刺因导向角度大而流向外部，保证了锻件的质量；顶料杆的头部做成模具的凸台，使原始工艺的顶料杆和模具型腔中的凸台做成一个整体，使其有很好的成型强度，进而使锻件中间空洞的深度大幅增加，减小连皮的厚度，有利于后续的冲孔。按照原始工艺常规设计，凸台为一环形，中间有顶料孔，顶料孔中另外有顶料杆，这样中间有顶料孔的环形结构容易导致凸台的强度不够而塌陷，减少模具寿命，且锻件中间空洞的深度也很小，使连皮的厚度很厚，不能或难以采用冲孔的方式连续加工，增加了加工工序和时间，降低了功效。本工艺冲孔和校正在冲孔校正复合模具上一步完成，将终锻后的锻件放在冲孔校正复合模具的凹模上，冲孔校正复合模具的上模座向下运动，校正凸模压在锻件的盘部上，但此时由于力量不够且锻件未变形无校正作用，冲头先冲开锻件中间的连皮，这过程中会导致盘部的翘曲等变形，上模座继续向下运动，由于蝶形弹簧在其受力小于变形抗力时，为刚性状态，弹簧压板会通过蝶形弹簧对校正凸模开始传递力，此时校正凸模对变形的锻件进行校正，当盘部厚度在理论设计值及下限值范围内时，冲孔校正复合模具即完成冲孔和校正，当盘部厚度达到设计公差上限时，冲孔校正复合模具的蝶形弹簧变形，既可满足校正盘部所需的变形力，又可保证闭式单点机械压力机在工作时不发生闷车现象。

根据设计，校正凸模和弹簧压板之间的蝶形弹簧的工作载荷，一般设计为大于校正压力20％，校正压力可由模具设计手册计算得出。盘部由于实际生产中不可控的因素，厚度会达到设计上限，可能会造成闭式单点机械压力机曲柄在下拐点不能过渡，即设备产生闷车现象，冲孔校正复合模具上的蝶形弹簧，可以在校正时，盘部厚度在理论设计值及下限值范围内时，设备正常运行，达到设计公差上限时，蝶形弹簧发生形变，使闭式单点机械压力机能完成一个运动循环，避免设备产生闷车现象。

经过本工艺得到的突缘锻件，可以直接进入热处理、机加工等工序，省略了对连皮的钻孔，及单独的校正工序，且产品质量好、精度高。

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℃至1250℃，该温度可由锻造手册查得。

除加工初始时的温度为根据所用原料材质确定外，其后阶段的温度应达到本工艺要求，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，下一工序均能在上一工序结束时，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.终锻成形，把轻墩去氧化皮后的圆形棒坯料放在闭式终锻模具中模锻成形；

4.冲孔校正，冲掉锻件连皮并连续对盘部进行校正；

5.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，模具寿命高，同时省掉后序的钻孔工序。适应于各类中重型汽车突缘锻件的生产。

1.突缘锻件精度和外观质量达到和优于GB12362规定；

2.材料利用率：97～99％，比热模锻压力机生产工艺的85～90％节材10％左右，如年产各类突缘100万件，年节约钢材600T，价值近300万元；

3.模具寿命：闭式镶块模寿命1.0～1.2万件；

4.模块采购成本：单套镶块模模具比整体模模具重量约轻1.5吨，如年开发20种新品突缘，节约模具钢材料30吨，价值60万元以上。

由于采用镶块模闭式无飞边锻造生产工艺，模具型腔实体局部与下模顶料杆做成整体的结构，冲孔和校正两道工序在同一套复合模具同一台设备中进行，等一系列技术措施和相应的模具、设备，使本发明既有生产工艺的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，锻件外观质量好，机加工量小，生产率高的特点，特别是，模具投入成本、材料利用率明显优于原有任何一种突缘锻件锻造工艺，同时省去机加工钻孔工序，显著降低了产品生产成本。

附图说明

图1是本发明闭式终锻模具主剖视示意图。

图2是本发明锻件主剖视示意图。

图3是本发明冲孔校正复合模具主剖视示意图

具体实施方式

下面结合附图，以东风汽车集团公司的106F型汽车突缘为例对本发明加以说明，如图1、图2、图3，该突缘模锻锻造工艺流程如下：

1.下料：采用GB4025C带锯机，切割φ85圆钢，长度为163±1mm；

由于我们采用的是闭式无飞边锻造工艺，该工艺对下料质量要求严格，必须严格控制圆形棒坯料的下料长度，同时还应严格控制端面的平整度。以免圆形棒坯料在锻造型腔中放歪而产生锻件充不满和局部出飞边现象。

2.加热：采用KGPS300-1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.镶块模闭式无飞边锻造成形：采用1600T摩擦压力机，在模座工作平台1上对加热后的圆形棒坯料轻墩去氧化皮，再在闭式终锻模具中对轻墩后的圆形棒坯料一次终锻成形，闭式终锻模具采用镶块模具结构和通用模座相连接，终锻型腔做成闭式结构，闭式导向部分2一周与垂直方向角度为3°至5°，本例取5°，导向深度为15mm至25mm，本例取15mm，该深度既可保证无飞边锻造过程中的成型质量，又可节约模具制作成本，当盘部19较小时，导向深度可以取偏小值，反之可取较大值。闭式导向部分2一周上模3和下模4的上下模侧隙为0.2mm至0.4mm，本例取0.2mm，此间隙有上模3作出，盘部19一周对应模具型腔拔模角度为1°至2°，本例取1.5°，下模4型腔的底部有顶料杆5，顶料杆5的头部做成模具的凸台6，即顶料杆5和原始工艺常规设计的凸台做成一个整体结构，该结构可以有效的保证凸起部分的模具强度，从而使凸起部分在模具设计时可以设计得更高而使锻件的连皮18更薄，进而在冲孔时减小冲孔力。凸台6一周的拔模角度按常规大于5°，凸台6顶面是球面或类似球面，这样既有利于锻件成形，又便于脱模。附图2为本发明的锻件剖视图，其中的虚线部分为冲孔完成前的连皮18。终锻结束要求锻件温度不低于750℃转到冲孔校正。上述涉及尺寸及角度的部分，可根据锻件大小、精度要求，在取值范围内选择。

4.冲孔校正：采用JA33-500T闭式单点机械压力机和专用的冲孔校正复合模具进行，由于机械压力机的曲柄结构特点，一般在锻造行业中是不用该设备来完成校正工序的，但我们在冲孔校正复合模具中采用蝶形弹簧传递校正压力，这样可以保证足够的校正压力来校正变形的锻件的同时还可以避免在校正时带来设备闷车现象。冲孔校正复合模具有校正凸模7、凹模8和冲头9，校正凸模7上方有弹簧压板10，校正凸模7和弹簧压板10之间有蝶形弹簧11，弹簧压板10上方有上模座12，冲头9和弹簧压板10固定安装在上模座12上，冲头9位于校正凸模7中间的孔中，拉杆13通过上模座12的过孔安装在校正凸模7上，将校正凸模7和上模座12连接起来，校正凸模7相对于上模座12可以在拉杆13的导向作用下上下运动，在拉杆13上校正凸模7和上模座12之间套有复位弹簧14，凹模8与下模座16连接，复位弹簧14采用圆柱螺旋压缩弹簧，以保证在冲孔校正结束后，上模座12在回程时带动冲头9与锻件分离，复位弹簧14的弹力选择稍小于冲孔力，只要能克服冲头9在锻件中的摩擦力即可，冲孔力可由模具设计手册计算得出。由于冲头13是易损件，所以冲头9可做成分体式，其上部和上模座12之间设置一个冲头座15，且冲头9刃口部分可按照常规采用堆焊合金材料。为保证冲孔校正的导向精度，所以下模座16设计有导柱17，对应的上模座12有导套套在导柱17上，保证上下运行时的精度。上述冲头9、导柱17、导套的技术要点都是按常规设计规范进行。冲孔校正复合模具的上模座12和下模座16分别与闭式单点机械压力机的上滑块和下垫板相连接。图3中，是冲头9已经冲开连皮18后对盘部19进行校正的状态。

5.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，模具和设备的连接按常规进行。

Claims (2)

1.一种中重型汽车突缘模锻工艺，将圆形棒坯料加热至锻造工艺所需温度后，放在模座工作平台(1)上轻墩去掉氧化皮，再在闭式终锻模具中对轻墩后的圆形棒坯料进行一次终锻成形，其特征在于：闭式终锻模具闭式导向部分(2)一周与垂直方向角度为3°至5°，导向深度为15mm至25mm，上下模侧隙为0.2mm至0.4mm，锻件的盘部(19)一周对应模具型腔拔模角度为1°至2°，闭式终锻模具下模(4)型腔的底部有顶料杆(5)，顶料杆(5)的头部做成模具的凸台(6)，终锻结束要求锻件温度不低于750℃，终锻成形后的锻件，在闭式单点机械压力机上采用冲孔校正复合模具冲掉连皮(18)并连续对翘曲的盘部(19)进行热校正，冲孔和热校正两工序在冲孔校正复合模具上一步完成。

2.一种用于权利要求1中重型汽车突缘模锻工艺的冲孔校正复合模具，有校正凸模(7)、凹模(8)和冲头(9)，其特征在于：校正凸模(7)上方有弹簧压板(10)，校正凸模(7)和弹簧压板(10)之间有蝶形弹簧(11)，弹簧压板(10)上方有上模座(12)，冲头(9)和弹簧压板(10)固定安装在上模座(12)上，冲头(9)位于校正凸模(7)中间的孔中，拉杆(13)通过上模座(12)的过孔安装在校正凸模(7)上，将校正凸模(7)和上模座(12)连接起来，校正凸模(7)相对于上模座(12)可以在拉杆(13)的导向作用下上下运动，在拉杆(13)上校正凸模(7)和上模座(12)之间套有复位弹簧(14)，凹模(8)与下模座(16)连接。

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