CN109175175A - 一种汽车转向球接头精密热加工成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车转向球接头精密热加工成形方法，属于金属材料塑性加工技术领域。它包括以下具体步骤进行：步骤S101、圆坯加热；步骤S102、预成形工艺；步骤S103、闭塞精密挤压成形。该工艺包括楔横轧成形工艺、压扁和闭塞挤压成形工艺，实现了汽车转向球接头的精密热加工成形，汽车转向球接头的杆身和球圈尺寸均接近精加工尺寸，材料的利用达到95％以上，相比现有的开式模锻，显著提高了材料利用率，同时由于热挤压作用，汽车转向球接头的力学性能得到提高。

Description

一种汽车转向球接头精密热加工成形方法

技术领域

本发明属于金属材料塑性加工技术领域，更具体地说，涉及一种汽车转向球接头精密热加工成形方法。

背景技术

汽车转向球接头是汽车转向结构中的一个核心部件，属于轴类承载零件，结构形状非对称。汽车转向球接头的功用是连接横向拉杆和球销，实现转向作业功能。汽车转向球接头一般由杆体和球圈两部分组成，如图1所示，杆体部分与横向拉杆通过螺纹连接，球圈部分与球销配合连接。在转向工作时，通过拉杆带动汽车转向球接头与球销之间相对转动，每个转向装置设有左、右一个汽车转向球接头。

最初，汽车转向球接头采用冷锻方式进行生产，例如中国专利申请号201120289782.7，申请日为2011年8月10日，发明名称为：汽车转向球接头，该转向球接头一端为空心圆柱体，另一端为实心圆柱体，两端衔接处设有四方身及台阶，并且空心圆柱体内的空腔设计为前后两部分，前端部分呈圆锥孔，后端部分呈圆孔，其采用精密冷锻制造，制造过程如下：先通过预成形模具对坯件进行一次反挤成型，将坯料的一端空心圆柱体及其内的空腔部分一起挤压成形，然后通过二次成形模具进行第二次正挤成形，将转向球接头四方身及台阶及另一端实心圆柱体挤压成形。该方案要使用两套模具、两次锻压，工序相对复杂，而且多次锻压容易形成褶皮等加工工艺缺陷。

为了解决上述的技术问题，经检索，中国专利申请号201610817998.3，申请日为2016年8月30日，发明名称为：一种汽车转向球接头闭式模锻工艺流程为：将原材料切割成坯料，坯料放入加热炉加热，待温度达到预定温度后，将坯料放入闭式模架的模腔中，该闭式模架上模板、下底座分别固定在四柱压力机上滑板、下底座上，四柱压力机上滑板下行，闭式模架的模腔闭合，模架油缸带动模架模筒进一步加强闭合，通过四柱压力机模芯顶杆上顶，坯料由下向上产生压力，模芯下顶杆杆部自由通过模具中心向侧面挤压成型，一次锻压形成转向球接头工件；取出成型工件时，可通过控制顶杆上顶，将工件顶出模架。该模锻工艺该锻造工件的问题是材料利用率低，且球壳内孔不能全部成形，锻件的材料损耗大，所用能耗也较大；而且球壳内孔不能实现精密成形，无法消除用机械方法钻内孔的加工工序，降低了产品生产效率，产品制造成本高。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有热模锻造技术，造成材料利用率低的问题，本发明提供一种汽车转向球接头精密热加工成形方法，该方法针对产品非对称性的特点，采用一模两件工艺，使工件连体后成为一个对称锻件，以利于精密成形加工，使材料利用率提升20％以上，实现汽车转向球接头的精密塑性成形。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种汽车转向球接头精密热加工成形方法，包括以下具体步骤进行：

步骤S101、圆坯加热

汽车转向球接头圆坯精确下料后，通过加热使以碳钢为主圆坯的锻造温度控制在热锻温度范围内，热锻温度为1100-1200℃；

步骤S102、预成形工艺

第一步采用楔横轧成形工艺，轧制加热的圆坯，由楔横轧轧辊实现对称楔横轧，一次轧制两个汽车转向球接头对称连接的轧坯，按闭塞精密挤压的制坯体积要求对轧坯体积在轴向进行精密对称分配；

第二步采用压扁方式对轧后的轧坯进行局部压扁成形，获得精密闭塞挤压在成形时所需的坯料外形；

步骤S103、闭塞精密挤压成形

将预成形后的坯料放入可分式挤压凹模中，通过闭塞挤压成形实现汽车转向球接头的近净成形，获得一模两件的汽车转向球接头精密锻件。

于本发明的一种可能的实施方式中，在步骤S101中，所述加热采用中频感应加热。

于本发明的一种可能的实施方式中，所述楔横轧轧辊的数量为一对，上轧辊和下轧辊的孔型为楔轧孔型，且相向设置，在轧制过程中，实现对轧坯的径向压缩和轴向延伸。

于本发明的一种可能的实施方式中，在步骤S103中，所述挤压凹模包括上凹模、下凹模、上凸模和下凸模，其中上凹模、下凹模、上凸模和下凸模合成精密锻件的型腔，上凸模在上方与上凹模配合下行，下凸模在下方与下凹模配合上行。

于本发明的一种可能的实施方式中，在步骤S103中，将预成形后的坯料放入双向闭塞挤压凹模的型腔中，在上凹模与下凹模合成一个整体后，由上凸模、下凸模对坯料进行相向挤压成形，当上凸模挤压到下限位点，下凸模挤压到上限位点时，挤压过程结束，上凹模、下凹模分开，同时上凸模上行、下凸模下行，与坯料分离，随后从分离的下凹模型腔中取出挤压成形汽车转向球接头。

于本发明的一种可能的实施方式中，还包括步骤S104、对精密成形后的汽车转向球接头锻件进行分切和冲孔。

于本发明的一种可能的实施方式中，还包括步骤S105、热处理：根据汽车转向球接头产品材质和组织性能要求，制定相应的锻后热处理工艺。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的汽车转向球接头精密热加工成形方法，该工艺包括楔横轧成形工艺、压扁和闭塞挤压成形工艺，实现了汽车转向球接头的精密热加工成形，汽车转向球接头的杆身和球圈尺寸均接近精加工尺寸，材料的利用达到95％以上，相比现有的开式模锻，显著提高了材料利用率，同时由于热挤压作用，汽车转向球接头的力学性能得到提高；

(2)本发明的汽车转向球接头精密热加工成形方法，其采用的挤压凹模包括上凹模、下凹模、上凸模和下凸模，其中上凹模、下凹模、上凸模和下凸模对接形成型腔，型腔的体积略大于或等于坯料的体积，可有效避免挤压模具过载和溢料；锻件尺寸精度高，减少机械加工余量；

(3)本发明的汽车转向球接头精密热加工成形方法，双向闭塞精密挤压成形得到的坯件，在锻件对接处形成分切所需的形状，通过分切方法可以实现一模两件，同时冲切球壳的内孔连皮，消除了机械钻孔的耗时工序，减少机械加工工序，提高生产效率；

(4)本发明的汽车转向球接头精密热加工成形方法，易于实现。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1为本发明汽车转向球接头的结构示意图；

图2为本发明汽车转向球接头精密热加工方法流程图；

图3为本发明楔横轧工作原理示意图；

图4为本发明精密闭塞挤压成形示意图。

图中标记说明：

1、楔横轧轧辊；110、上轧辊；120、轧坯；130、下轧辊；2、挤压凹模；210、上凸模；220、上凹模；230、下凹模；240、型腔；250、下凸模；3、坯料。

具体实施方式

下文对本发明的示例性实施例的详细描述参考了附图，该附图形成描述的一部分，在该附图中作为示例示出了本发明可实施的示例性实施例。尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明，但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。

下文对本发明的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解，其中本发明的元件和特征由附图标记标识。

实施例1

如图1所示的本实施例汽车转向球接头的结构示意图，汽车转向球接头一般由杆体和球圈两部分组成。如图2所示的本实施例汽车转向球接头精密热加工方法流程图，包括以下具体步骤进行：

步骤S101、圆坯加热

汽车转向球接头圆坯精确下料后，通过中频感应加热，使以碳钢为主圆坯的锻造温度控制在热锻温度范围内，热锻温度为1100-1200℃，最佳温度为1200℃，当温度低于1100℃，则会造成圆坯的加热不均匀，同时会影响圆坯的晶体组织；

步骤S102、预成形工艺

第一步采用楔横轧成形工艺如图3，楔横轧轧辊1的数量为一对，上轧辊110和下轧辊130的孔型为楔轧孔型，且相向设置，在轧制过程中，实现对轧坯120的径向压缩和轴向延伸。通过楔横轧实现了零件的轴向对称体积精密分配，为闭塞精密挤压成形的制坯要求提供了保障；

第二步采用压扁方式对轧后的轧坯120进行局部压扁成形，获得精密闭塞挤压所需的坯料3外形。

步骤S103、闭塞精密挤压成形

在挤压凹模2中涂刷一层脱模剂，该脱模剂的重量组分为：乳化油溶液2-5％、碳酸钠溶液1-2％、磷酸钠0.5-1％、氯化铵溶液1-2％、余下为淘米水，其中淘米水的质量浓度为1-2％，这里的乳化油溶液为市场销售的1#乳化油溶液。该脱模剂不急可以起到脱模的作用，还可以清洗挤压凹模2。将预成形后的坯料3放入双向可分式挤压凹模2中，众所周知闭式模锻的锻件几何形状、尺寸精度和表面质量最大限度地接近产品，省去了飞边，与开式模锻相比，闭塞模锻可以大大提高金属材料的利用率。在本实施例的加工过程中，采用闭塞挤压模锻方法，如图4所示。

其中挤压凹模2包括上凹模220、下凹模230、上凸模210和下凸模250，其中上凹模220、下凹模230、上凸模210和下凸模250对接形成型腔240，型腔240的体积略大于或等于坯料3的体积，可有效避免挤压模具过载和溢料；完成锻件的近净成形，获得汽车转向球接头的精密锻件。

将预成形后的对称型坯料3放入闭塞挤压凹模2的型腔240中，在上凹模220与下凹模230合成一个整体后，由上凸模210、下凸模250对坯料3进行相向挤压成形，当上凸模210、下凸模250挤压到限位点时，挤压过程结束后，上凹模220、下凹模230分开，上凸模210、下凸模250与坯料3分离，随后从下凹模230型腔240中取出挤压成形汽车转向球接头。

实施例2

本实施例的步骤与实施例1基本相同，不同之处在于：还包括步骤S104、分切和冲孔：对连为一体的两个汽车转向球接头锻件，进行分切和冲孔。

实施例3

本实施例的步骤与实施例1基本相同，不同之处在于：还包括步骤S105、热处理：根据汽车转向球接头产品材质和组织性能要求，制定相应的锻后热处理工艺。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种汽车转向球接头精密热加工方法，其特征在于，包括以下具体步骤进行：

步骤S101、圆坯加热

汽车转向球接头圆坯精确下料后，通过加热使以碳钢为主圆坯的锻造温度控制在热锻温度范围内，热锻温度为1100-1200℃；

步骤S102、预成形工艺

第一步采用楔横轧成形工艺，轧制加热的圆坯，由楔横轧轧辊(1)实现对称楔横轧，一次轧制两个汽车转向球接头对称连接的轧坯(120)，按闭塞精密挤压的制坯体积要求对轧坯(120)体积在轴向进行精密对称分配；

第二步采用压扁方式对轧后的轧坯(120)进行局部压扁成形，获得精密闭塞挤压在成形时所需的坯料(3)外形；

步骤S103、闭塞精密挤压成形

将预成形后的坯料(3)放入可分式挤压凹模(2)中，通过闭塞挤压成形实现汽车转向球接头的近净成形，获得一模两件的汽车转向球接头精密锻件。

2.根据权利要求1所述的汽车转向球接头精密热加工方法，其特征在于，在步骤S101中，所述加热采用中频感应加热。

3.根据权利要求1或2所述的汽车转向球接头精密热加工方法，其特征在于，所述楔横轧轧辊(1)的数量为一对，上轧辊(110)和下轧辊(130)的孔型为楔轧孔型，且相向设置，在轧制过程中，实现对轧坯(120)的径向压缩和轴向延伸。

4.根据权利要求3所述的汽车转向球接头精密热加工方法，其特征在于，在步骤S103中，所述挤压凹模(2)包括上凹模(220)、下凹模(230)、上凸模(210)和下凸模(250)，其中上凹模(220)、下凹模(230)、上凸模(210)和下凸模(250)合成精密锻件的型腔(240)，上凸模(210)在上方与上凹模(220)配合下行，下凸模(250)在下方与下凹模(230)配合上行。

5.根据权利要求4所述的汽车转向球接头精密热加工方法，其特征在于，在步骤S103中，将预成形后的坯料放入双向闭塞挤压凹模(2)的型腔中，在上凹模(220)与下凹模(230)合成一个整体后，由上凸模(210)、下凸模(250)对坯料进行相向挤压成形，当上凸模(210)挤压到下限位点，下凸模(250)挤压到上限位点时，挤压过程结束，上凹模(220)、下凹模(230)分开，同时上凸模(210)上行、下凸模(250)下行，与坯料分离，随后从分离的下凹模(230)型腔中取出挤压成形汽车转向球接头。

6.根据权利要求5所述的汽车转向球接头精密热加工方法，其特征在于，还包括步骤S104、对精密成形后的汽车转向球接头锻件进行分切和冲孔。

7.根据权利要求6所述的汽车转向球接头精密热加工方法，其特征在于，还包括步骤S105、热处理：根据汽车转向球接头产品材质和组织性能要求，制定相应的锻后热处理工艺。