CN103302226B - 一种汽车底盘悬架系统前上臂零件的精密锻造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种汽车底盘悬架系统前上臂锻造方法，该工艺步骤是：选用棒料，根据锻件重量及工艺确定原始坯料的下料尺寸；在中频电炉里加热，对空气锤锤头和锤砧预热；将棒料出炉在空气锤上墩粗、压扁，再倒棱锻成近似正方体块；将自由锻的粗坯接着在摩擦压力机上第一次模锻成型；在单点闭式压力机上切去飞边，再放进电阻电炉加热，将加热好的预锻毛坯第二次模锻成型，在单点压力机上切去飞边；调质处理；抛丸，探伤、打磨。本发明使用自由锻和模锻结合的方法成型出了一种较复杂零件的毛坯，使难以成型的零件凹腔、薄筋和凸出的挂耳均达到了要求的精度尺寸；且使流线沿零件外形分布，内部组织分布均匀，晶粒度均匀细小，产品力学性能上比铸造产品明显增强。
Description
技术领域
本发明涉及汽车底盘悬架系统前上臂零件，特别是一种汽车底盘悬架系统前上臂零件的精密锻造工艺。
背景技术
当前，某些高性能汽车底盘悬架系统的关键受力件(如：汽车底盘悬架系统前上臂零件)，因其对车辆操纵的稳定性、可靠性、平顺性有重要影响，所以要求其内部组织性能非常高，流线沿零件几何外形分布，能够承受在复杂环境下工作。
请参阅图1，它是汽车底盘悬架系统前上臂零件的结构示意图，该零件的材质是30CrA，零件重量29Kg。如图所示：该零件外形近似三角形形状，底部是一个有台阶的圆柱体(见图1中标记1)，圆柱体两侧由两个背面带深腔的臂构成零件另外两条边(见图1中标记9)，在中间有一个梯形孔(见图1中标记2)，在两侧臂上方是一凹下的平坦面(见图1中标记4)，平坦面两侧各有1个螺栓孔(见图1中标记8)，凹腔外围三面围有很薄高耸的筋、厚度只有6mm(见图1中标记6)，筋顶部到凹腔最低面高度差达27mm，在凹腔平坦面上有一凸起的圆台(见图1中的标记7)，在一侧深腔臂外轮廓上有一只挂耳、厚度8.5mm、高度23mm(见图1中的标记3)，在顶部是一个带有锥度孔圆台(见图1中标记5)。
对于这类关键受力件，若采用传统铸造方法生产，该铸造生产的零件毛坯不可避免含有气孔、疏松、偏析、晶粒粗大等铸造缺陷，导致零件的力学性能降低，从而使零件的寿命缩短，也不能满足高负荷工况下使用要求，不能充分发挥材料的潜能。而采用普通锻造工艺对其加工，其顶部凹腔要填平，筋需要加厚，导致材料浪费，且后期机加工量大，工时延长，并容易产生折叠、涡流现象，生产效率低下，且质量难以得到保证。
对于这类关键受力件，若采用普通锻造方法生产，则存在一个较大的技术难点，即零件外围薄筋尺寸精度要求相当高，且外表面要求锻造原始表面，即锻造后不再进行机械加工，同时，由于零件外围的筋和两臂上的挂耳部位较薄，上述部位均处于模具深腔部位，锻造时在模膛深而窄的部位，摩擦阻力、模壁引起的垂直分力以及此处金属冷却较快，变形抗力大等因素，造成零件深腔和薄筋部位金属塑性变差，使零件挂耳部位和筋部位很难充满。如果将凹腔填平、外筋加厚锻造较易成型，但因凹腔底部有一螺栓孔，而悬架应用方面要求悬架非簧载质量需小，锻后又要将填平的金属在铣床上铣掉，造成工序增加，工时延长，材料浪费，成本增加；且锻造流线被切断，零件力学性能降低，导致零件使用寿命大大缩短。所以这类零件采用普通锻造方法成型难度大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种汽车底盘悬架系统前上臂零件的精密锻造工艺，主要解决上述现有技术中所存在的技术问题，使用本发明工艺加工的零件的力学性能相比于铸造零件提高数倍，使零件在恶劣状况下能够承受复杂交变载荷；改善了零件工作可靠性、延长其使用寿命。
为实现上述目的，本发明是这样实现的。
一种汽车底盘悬架系统前上臂零件的精密锻造工艺，该前上臂零件材质是中碳钢材料30CrA；该零件的外形近似三角形，底部为一有台阶的圆柱体及背面有深腔的两侧臂构成轮廓；在一侧臂上有一只挂耳，挂耳的厚度7～12mm、相对侧臂面高度23～29mm；在零件的两侧臂上方有凹下平坦面，在平坦面中央有一个小圆台，平坦面两侧各有一个螺栓孔，平坦面外围三面是厚度仅有5～10mm的筋，筋顶部到平坦面的高度差达17～28mm，由平坦面和筋构成了一个凹腔结构；零件的顶部是一带有锥度孔的圆台体；其特征在于：该前上臂零件的精密锻造工艺步骤是：
步骤一：根据前上臂零件毛坯重量体积及工艺确定下料尺寸；
步骤二：将下好的棒料在中频电炉里加热，加热温度1080±10℃；
步骤三：将加热好的棒料在空气锤上先墩粗后压扁，拔长，倒棱；自由锻成型，自由锻前，对空气锤的锤头、下砧预热；
步骤四：将自由锻所得的粗坯放进模具，启动摩擦压力机预锻成型，锻模工作表面喷涂润滑剂，同时对锻模预热，预热温度280～350℃，锻造温度1050±30℃；
步骤五：将预锻得到的前上臂毛坯在单点闭式压力机上切去飞边；
步骤六：将切完飞边的预锻毛坯放进电阻电炉加热；
步骤七：将上步加热好的预锻毛坯再次放进模具，锻模工作表面喷涂润滑剂，启动摩擦压力机终锻成型，锻造温度1050±30℃；
步骤八：将终锻完的前上臂零件毛坯在单点闭式压力机上切掉飞边，再放进沙里冷却至室温；
步骤九：将上步切完边的前上臂锻件调质处理；
步骤十：将调质后的前上臂锻件抛丸；
步骤十一：将抛丸后的前上臂锻件表面做磁粉探伤，内部采用超声波探伤、表面打磨。
所述的汽车底盘悬架系统前上臂零件的精密锻造工艺，其特征在于：所述的步骤一中选用Φ130mm的棒料。
所述的汽车底盘悬架系统前上臂零件的精密锻造工艺，其特征在于：所述的步骤四、七中的润滑剂是石墨乳。
所述的汽车底盘悬架系统前上臂零件的精密锻造工艺，其特征在于：所述的步骤三中的空气锤吨位大于750Kg，自由锻采用墩粗和拔长工序；变形量为10％～20％。
所述的汽车底盘悬架系统前上臂零件的精密锻造工艺，其特征在于：所述的步骤四中锻模工作表面粗糙度要求小于0.8μm，锻模模膛脱模斜度控制在7°～12°，所述的摩擦压力机吨位25000KN～63000KN，变形量为30％～50％，应变速率为4.5×10-4～0.8×10-4。
所述的汽车底盘悬架系统前上臂零件的精密锻造工艺，其特征在于：所述的步骤七中锻模工作表面粗糙度要求小于0.8μm，锻模模膛脱模斜度控制在7°～12°，所述的摩擦压力机吨位25000KN～63000KN，变形量为20％～40％，应变速率为4.5×10-4～0.8×10-4。
所述的汽车底盘悬架系统前上臂零件的精密锻造工艺，其特征在于：所述步骤四、步骤七中锻模采用H13热做模具钢制成。
所述汽车底盘悬架系统前上臂零件的精密锻造工艺，其特征在于：所述步骤五、步骤八中切边模采用5CrNiMo、5CrMnMo热做模具钢制成。
所述汽车底盘悬架系统前上臂零件的精密锻造工艺，其特征在于：所述步骤九中调质处理采用油淬，回火温度570±5℃、保温2～3小时。
经过上述步骤的处理，使只能用铸造方法生产的异形复杂前上臂零件毛坯用锻造方法也得以实现，零件平坦面外围薄筋、凹腔及挂耳部位非加工表面尺寸精度也得以保证，且相对于传统的铸造工艺，步骤三、步骤四和步骤七使零件流线沿零件外形分布，步骤二和步骤九使零件内部组织分布均匀，晶粒度均匀细小，产品力学性能上比铸造产品明显增强。在恶劣状况下能够承受复杂交变载荷；改善了零件工作可靠性、延长其使用寿命，本发明产品的力学性能参数见下表。
本发明方法中仅用两副模具成型出了一种较复杂零件的毛坯，使难以成型的零件筋及凹腔、挂耳部达到了要求的精度尺寸；且使流线沿零件外形分布，内部组织分布均匀，晶粒度均匀细小，产品力学性能上比铸造产品明显增强。
由于零件平坦面外围的筋、凹腔和挂耳部位尺寸精度要求相当高，且外表面要求锻造原始表面，即锻造后不再进行机械加工，同时，由于零件外围的筋、深腔及侧臂上的挂耳部位较薄，上述部位均处于模具深腔部位，锻造时在模膛深而窄的部位，摩擦阻力、模壁引起的垂直分力以及此处金属冷却较快，变形抗力大等因素，造成零件深腔和薄筋部位金属塑性变差，使零件挂耳部位和筋部位很难充满。本发明通过步骤三、步骤四、步骤六和步骤七解决了上述问题，在步骤三中采用自由锻制坯，为后续模锻成型时金属的转移、分配提供必要准备，步骤四预锻成型为终锻成型提供铺垫，使薄筋、凹腔和挂耳部位初步成型，由于薄筋、凹腔和挂耳部位处于模具的深腔部位，锻造时在模膛深而窄的部位，摩擦阻力、模壁引起的垂直分力和此处金属冷却较快，随着温度降低，金属塑形流动变差，故成型变差，通过步骤六加热，使薄筋、凹腔和挂耳部位金属温度升高，塑形流动恢复，从而经过步骤七终锻，薄筋、凹腔和挂耳部位充型达到最终精度尺寸。
附图说明
图1是汽车底盘悬架系统前上臂零件的结构示意图。
图2是本发明方法的工艺步骤流程图。
图3是本发明方法中所使用的锻造模具型腔阶梯截面结构示意图。
图4是本发明方法中所使用的切边模具型腔阶梯截面结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种汽车底盘悬架系统前上臂零件的精密锻造工艺。如图1所示：该前上臂零件材质是中碳钢材料30CrA；该零件的外形近似三角形，底部为一有台阶的圆柱体1及背面有深腔的两侧臂9构成轮廓；在一侧臂上有一只挂耳3，挂耳3的厚度7～12mm、相对侧臂面高度23～29mm；在零件的两侧臂上方有凹下平坦面4，在平坦面中央有一个小圆台7，平坦面4两侧各有一个螺栓孔8，平坦面外围三面是厚度仅有5～10mm的筋6，筋顶部到平坦面的高度差达17～28mm，由平坦面和筋构成了一个凹腔结构；零件的顶部是一带有锥度孔的圆台体5。
以下通过实施例来进一步介绍本发明方法。
实施例1
一种汽车底盘悬架系统前上臂零件精密锻造工艺，如图2所示：其工艺步骤为：
步骤一：根据零件毛坯(如图1)重量体积及工艺确定下料尺寸(如：选用Φ130mm的棒料)。
步骤二：将下好的棒料在中频电炉里加热，加热温度1080±10℃。
步骤三：将加热好的棒料在自由锻锤上先墩粗后压扁，拔长，倒棱；自由锻成型，自由锻前，对空气锤的锤头、下砧预热，预热温度280℃；
所述自由锻锤采用空气锤，空气锤吨位大于750Kg，自由锻变形量为10％～20％。
步骤四：将自由锻所得的粗坯放进模具，启动摩擦压力机第一次模锻成型，所述锻模工作表面粗糙度要求小于0.8μm，并在锻模工作表面喷涂润滑剂，锻模模膛脱模斜度控制在7°～12°，所述摩擦压力机吨位25000KN～63000KN，变形量为30％～50％，应变速率均为4.5×10-4～0.8×10-4同时对锻模预热，预热温度280～350℃，锻造温度1050±30℃。
步骤五：将第一次模锻得到的前上臂毛坯在单点闭式压力机上，切去飞边；所述单点闭式压力机吨位为630T，切边模工作表面粗糙度要求小于0.8μm，并在锻模工作表面喷涂润滑剂；切边模采用5CrNiMo、5CrMnMo热模具钢制成。
步骤六：将切完飞边的预锻毛坯放进电阻电炉里加热，摆放均匀，不得接触电阻丝，加热温度1080±30℃。
步骤七：将上步加热好的预锻毛坯再次放进模具，启动摩擦压力机第二次模锻成型，所述锻模工作表面粗糙度要求小于0.8μm，并在锻模工作表面喷涂润滑剂，锻模模膛脱模斜度控制在7°～12°，所述摩擦压力机吨位25000KN～63000KN，变形量为30％～50％，应变速率均为4.5×10-4～0.8×10-4’锻造温度1050±30℃。
步骤八：将终锻完的前上臂零件毛坯在单点闭式压力机上切掉飞边，所述单点闭式压力机吨位为630T，切边模工作表面粗糙度要求小于0.8μm，并在锻模工作表面喷涂润滑剂；切边模采用5CrNiMo、5CrMnMo热模具钢制成。
步骤九：将上步切完边的锻件调质处理，淬火温度870±5℃，淬火剂为油；回火温度570±5℃，保温3小时，出炉空冷。
步骤十：抛丸，将调质处理后的前上臂锻件吊挂在工装上抛丸，抛丸设备采用吊链式抛丸机，使用钢球抛丸，钢球直径为Φ2mm。
步骤十一：将抛丸后的前上臂锻件表面磁粉探伤，内部采用超声波探伤、表面打磨。
本发明方法中的锻造终锻模具剖面结构如图3所示，它包括上模10、下模11，模腔对应于零件12的形状，合模后，上下模将多余的材料挤出到仓部13.
上述方法中，坯料应加热均匀，锻造成型时，上模10、下模11分别装夹固定安装在上模座、下模座中，模具与模座侧面的间隙应用软钢板厚3～5mm衬垫，以防止模具与模座之间由于震动而产生位移；上模长宽高尺寸为770mm×530mm×250mm，下模长宽高尺寸为730mm×530mm×290mm，锻造时应先用压缩空气吹干净上下模腔中残留的氧化皮，以防氧化皮压进锻件表层形成折叠组织，影响零件使用可靠性，氧化皮与模具表面磨擦，擦伤模具表面，会降低模具使用寿命。
本发明方法中的切边模具剖面结构如图4所示，它包括上模14、下模15。
上述方法中，上模下表面轮廓采用线切割机割出，其下表面外形轮廓和锻件上表面轮廓完全相同，用螺钉连接紧固在压力机上模板上。下模是一长方体，在其上也采用线切割机割出异形孔，异形孔的轮廓形状和锻件下表面外形轮廓形状相同，切边时单面间隙为1.2mm，下模异型孔壁斜度7°～9°，下模的长宽高尺寸为610mm×550mm×75mm，下模用压板、螺栓和螺母紧固在压力机下工作台面上。
实施例2
本例与实施例1不同的是：自由锻时应将氧化皮处理掉，锤击操作的手法是轻重轻，先轻轻锤击震落棒料表层氧化皮，再重击成制坯所需要的形状，打碎棒料中粗大的碳化物组织；收尾再轻击，所用自由锻锤吨位1吨，制坯效果好。
综上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。
Claims (9)
1.一种汽车底盘悬架系统前上臂零件的精密锻造工艺，该前上臂零件材质是中碳钢材料30CrA；该零件的外形近似三角形，底部为一有台阶的圆柱体(1)及背面有深腔的两侧臂(9)构成轮廓；在一侧臂上有一只挂耳(3)，挂耳(3)的厚度7～12mm、相对侧臂面高度23～29mm；在零件的两侧臂上方有凹下平坦面(4)，在平坦面中央有一个小圆台(7)，平坦面(4)两侧各有一个螺栓孔(8)，平坦面外围三面是厚度仅有5～10mm的筋(6)，筋顶部到平坦面的高度差达17～28mm，由平坦面和筋构成了一个凹腔结构；零件的顶部是一带有锥度孔的圆台体(5)；其特征在于：该前上臂零件的精密锻造工艺步骤是：
步骤一：根据前上臂零件毛坯重量体积及工艺确定下料尺寸；
步骤二：将下好的棒料在中频电炉里加热，加热温度1080±10℃；
步骤三：将加热好的棒料在空气锤上先墩粗后压扁，拔长，倒棱；自由锻成型，自由锻前，对空气锤的锤头、下砧预热；
步骤四：将自由锻所得的粗坯放进模具，启动摩擦压力机预锻成型，锻模工作表面喷涂润滑剂，同时对锻模预热，预热温度280～350℃，锻造温度1050±30℃；
步骤五：将预锻得到的前上臂毛坯在单点闭式压力机上切去飞边；
步骤六：将切完飞边的预锻毛坯放进电阻电炉加热；
步骤七：将加热好的预锻毛坯再次放进模具，锻模工作表面喷涂润滑剂，启动摩擦压力机终锻成型，锻造温度1050±30℃；
步骤八：将终锻完的前上臂零件毛坯在单点闭式压力机上切掉飞边，再放进沙里冷却至室温；
步骤九：将前上臂锻件调质处理；
步骤十：将调质后的锻件抛丸；
步骤十一：将抛丸后的前上臂锻件表面做磁粉探伤，内部采用超声波探伤、表面打磨。
2.根据权利要求1所述的汽车底盘悬架系统前上臂零件的精密锻造工艺，其特征在于：所述的步骤一中选用Φ130mm的棒料。
3.根据权利要求1或2所述的汽车底盘悬架系统前上臂零件的精密锻造工艺，其特征在于：所述的步骤四、七中的润滑剂是石墨乳。
4.根据权利要求1或2所述的汽车底盘悬架系统前上臂零件的精密锻造工艺，其特征在于：所述的步骤三中的空气锤吨位大于750Kg，自由锻采用墩粗和拔长工序；变形量为10％～20％。
5.根据权利要求4所述的汽车底盘悬架系统前上臂零件的精密锻造工艺，其特征在于：所述的步骤四中锻模工作表面粗糙度要求小于0.8μm，锻模模膛脱模斜度控制在7°～12°，所述的摩擦压力机吨位25000KN～63000KN，变形量为30％～50％，应变速率为4.5×10-4～0.8×10-4。
6.根据权利要求5所述的汽车底盘悬架系统前上臂零件的精密锻造工艺，其特征在于：所述的步骤七中锻模工作表面粗糙度要求小于0.8μm，锻模模膛脱模斜度控制在7°～12°，所述的摩擦压力机吨位25000KN～63000KN，变形量为20％～40％，应变速率为4.5×10-4～0.8×10-4。
7.根据权利要求5或6所述的汽车底盘悬架系统前上臂零件的精密锻造工艺，其特征在于：所述步骤四、步骤七中锻模采用H13热做模具钢制成。
8.根据权利要求1所述汽车底盘悬架系统前上臂零件的精密锻造工艺，其特征在于：所述步骤五、步骤八中切边模采用5CrNiMo、5CrMnMo热做模具钢制成。
9.根据权利要求1所述汽车底盘悬架系统前上臂零件的精密锻造工艺，其特征在于：所述步骤九中调质处理采用油淬，回火温度570±5℃、保温2～3小时。
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Denomination of invention: A Precision Forging Process for the Front Upper Arm Parts of an Automotive Chassis Suspension System Effective date of registration: 20231019 Granted publication date: 20150715 Pledgee: Industrial Bank Co.,Ltd. Shanghai Huangpu Sub branch Pledgor: SHANGHAI REAL INDUSTRIAL Co.,Ltd.|JIANGSU RUIER LONGSHENG IMPELLER TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023310000654 |