CN1164384C - 汽车前轴辊锻模锻复合工艺 - Google Patents

Abstract

本发明是一种汽车前轴生产新工艺。该工艺融合了辊锻和模锻工艺的各自优点，采用特殊的截面即礼帽形型槽，拳头部位设计成类椭圆形型槽。并设置反向倾角、弯曲承击块和略大的型槽、切边和校正在同一台设备上进行等一系列先进技术措施，使本发明具有投资少、模具寿命长、生产效率高、产品质量好等优点。

Description

汽车前轴辊锻模锻复合工艺

所属技术领域

本发明属于金属制品的锻造和轧制技术，是一种汽车前轴生产新工艺。

背景技术

辊锻和模锻是近几十年来得到广泛应用的锻造工艺。目前，国内外汽车前轴生产工艺有一汽汽车集团和东风汽车公司的热模锻工艺、济南重汽的模锻锤生产工艺和我公司(原名：湖北省谷城汽车配件厂)的成型辊锻工艺，但用低吨位设备整体辊锻模锻汽车前轴还未见报道。目前，国内汽车前轴生产工艺具有代表性的主要有以下几种：

1. 125MN热模锻压力机生产工艺：先采用辊锻制坯，然后在热模锻压力机上预锻终锻成形，其生产率高，锻件质量好，但投资大，设备结构复杂，工艺装备制造周期长。

这种工艺也是国外普遍采用的技术。

2. 160KN模锻锤生产工艺：采用模锻锤锻压成形，该工艺虽锻件质量好，但其投资较大，劳动条件差，能耗高，噪音大，工人劳动强度高。

3.我公司获国家专利的汽车前轴成型辊锻工艺：该工艺的前轴生产从制坯、预成形到终成形均采用辊锻工艺。其投资少、生产率高，适应大批量、多品种生产，但其锻件长度波动大，拳头角度不易控制，局部充型不饱满，外观质量差。

本发明的目的是：克服成型辊锻工艺生产的产品局部及外观质量差和模锻工艺投资大能耗高等缺点，发挥辊锻和模锻对产品不同区段的最佳成形效果，形成一种产品质量好、设备及模具投资少、材料利用率高、模具使用寿命长、少污染、能耗低、转产换型快、生产效率高、适合多品种大批量生产的汽车前轴辊锻模锻复合工艺。本发明是在我公司1987年申请的“汽车前轴成型辊锻工艺”专利(ZL87106374)基础上的进一步完善和发展，并从1992年开始成功地应用于汽车前轴生产。

发明内容

本发明的技术方案是：采用辊锻模锻复合工艺生产汽车前轴，首先采用辊锻工艺，使锻件中间工字形部分及钢板座区段辊锻成形，拳头至钢板座区段辊制成有少量终锻余量的初成型毛坯，然后采用模锻工艺对辊锻件进行整体弯曲，并对两端拳头至钢板座区段模锻成形，最后进行切边和热校正；制坯模采用了特殊的截面即礼帽形型槽，并在其上刻有阻力槽；辊锻前滑值取0.5～1.5％；在辊锻工艺过程中的预成形及局部终成形时，分别在后壁易成形区各成形一个拳头，并去掉预成形辊锻模的前壁以适应毛坯的长度变化；采用上压力轧制方式，并在辊锻机后方设置接料工作台；在辊锻工艺过程中的预成形及局部终成形时，在预成形和局部终成形模膛拳头部位设计了反向倾角，将辊锻模拳头设计成外倾4～20°角度；在辊锻模中将拳头部位设计成类椭圆形型槽，中心向左右延伸2～12mm；在终锻模上设计有局部开式飞边槽结构和弯曲承击块；终锻模工字部区段设计成比实际辊锻件尺寸略大的型槽；切边模及校正模设计并制造成复合式落料结构，将切边模和校正模设计为一体，切边采用落料式结构，切边和校正在同一台设备上进行。

工艺流程如下：

1.下料；

2.加热；

3.局部成形辊锻：经制坯、预成形、局部终成形三道次辊锻；

4.弯曲终锻：对辊锻件打弯、两端拳头至钢板座区段模锻成形；

5.切边校正：对锻件进行整体切边和热校正；

6.热处理；

7.检验。

采用辊锻模锻复合工艺生产汽车前轴，综合了辊锻工艺投资少、生产率高和模锻工艺产品质量好的优点，对锻件易成形区段采用辊锻工艺，对其他区段采用模锻工艺，汲取了辊锻和模锻工艺的各自优点；制坯模采用了特殊的截面即礼帽形型槽，并在其上刻有阻力槽，解决了辊锻中产生的不均匀变形，并达到展宽要求；辊锻前滑值取0.5～1.5％，以适应辊锻各道次的周期啮合；在辊锻工艺过程中的预成形及局部终成形时分别在后壁易成形区各成形一个拳头，并去掉预成形辊锻模的前壁，适应了毛坯的长度变化，与未预先成形两个拳头的工艺相比，模具寿命长、生产效率高；在预成形和局部终成形模膛的拳头部位设置反向倾角，解决了打弯后毛坯拳头角度大而影响终锻时拳头成形的问题；拳头部位设计成类椭圆形型槽，解决了毛坯长度波动影响终锻时拳头成形的问题；在终锻模上设计弯曲承击块，保证了毛坯在弯曲终锻时达到形状要求；在终锻模上设计局部开式飞边槽结构，保证了锻件的良好成形；终锻模工字部区段设计成比实际辊锻件尺寸略大的型槽减少了成形面积，进一步适应了在低吨位设备情况下，使毛坯能够良好成形；切边和校正在同一台设备上进行，使工艺流程更为紧凑，操作更为方便，且减少一台设备，投资更少。

模具设计步骤如下：

1.根据零件图绘制锻件图及热辊锻件图；

2.选择原材料规格及辊锻道次；

3.局部终成形辊锻模的设计；

4.预成形辊锻模的设计；

5.制坯辊锻模的设计；

6.弯曲终锻模的设计；

7.整体切边校正模的设计。

该工艺投资少、生产率高、锻件质量好，适应于1.5～6.5T级各类汽车前轴生产。

1.前轴锻件精度和外观质量达到和优于GB12362规定。

2.关键质量项目一前轴弯曲疲劳寿命达到并超过100万次，优于国家标准和日本日产柴标准。

3.材料利用率：85～92％，比热模锻压力机生产工艺69％节材20％左右。

4.年产量：6万件(单班)，年节约钢材990T以上，价值300万元以上。

5.生产节拍：2min/件。

6.模具寿命：辊锻模寿命1～1.5万件，终锻模寿命4～5万件。

7.总体技术水平处于国内同行业领先水平。

由于采用辊锻模锻复合工艺，即发挥了辊锻工艺投资少，设备吨位低，工字区段成形好的优点，又针对两端拳头至钢板位区段部位采用模锻工艺，解决了成形质量问题，同时采取预先成形拳头、去掉辊锻模前壁、拳头部位预设反向倾角、拳头中心延伸、终锻模设置弯曲承击台和设计局部开式飞边槽结构、工部位型腔设计成比锻件尺寸略大的型槽等一系列技术措施，使本发明具有投资少、模具寿命长、生产效率高、产品质量好的优点。

附图说明

图1  局部终成形热辊锻件图

图1a 局部终成形热辊锻件主视图

图1b 局部终成形热辊锻件俯视图

图2  预成形辊锻件图

图2a 预成形辊锻件主视图

图2b 预成形辊锻件俯视图

图3  制坯辊锻件图

图3a 制坯辊锻件主视图

图3b 制坯辊锻件俯视图

图4  局部终成形辊锻模图及截面图

图4a 局部终成形辊锻模图

图4b 局部终成形辊锻模A向截面图

图4c 局部终成形辊锻模B向截面图

图4d 局部终成形辊锻模C向截面图

图4e 局部终成形辊锻模D向截面图

图4f 局部终成形辊锻模E向截面图

图4g 局部终成形辊锻模F向截面图

图4h 局部终成形辊锻模G向截面图

图4i 局部终成形辊锻模H向截面图

图5  预成形辊锻模图及截面图

图5a 预成形辊锻模图

图5b 预成形辊锻模A向截面图

图5c 预成形辊锻模B向截面图

图5d 预成形辊锻模C向截面图

图5e 预成形辊锻模D向截面图

图5f 预成形辊锻模E向截面图

图5g 预成形辊锻模F向截面图

图5h 预成形辊锻模G向截面图

图5i 预成形辊锻模H向截面图

图6  制坯辊锻模图及截面图

图6a 制坯辊锻模图

图6b 制坯辊锻模E向截面图

图6c 制坯辊锻模A向截面图

图6d 制坯辊锻模B向截面图

图6e 制坯辊锻模C向截面图

图6f 制坯辊锻模D向截面图

图7  终锻模简图

图7a 终锻模简图

图7b 终锻模C向截面图

图7c 终锻模A向截面图

图7d 终锻模B向截面图

具体实施方式

以EQ1061型汽车前轴为例对本发明加以说明，该前轴辊锻模锻复合工艺流程如下：

1.下料：采用GC4035带锯床，切割φ120圆钢，长度为675±2mm；

2.加热：采用KGPS250-1中频感应加热装置；

3.局部成形辊锻：采用D42-800辊锻机，制坯、预成形、局部终成形三道次辊锻，辊锻机参数：辊锻力≥4MN，辊锻力矩≥0.4MNm，转速≥10转/分，电机功率≥245KW；

4.弯曲终锻：采用J53-2500摩擦压力机对辊锻件打弯、两端拳头至钢板座区段模锻成形；

5.切边校正：采用J53-1600摩擦压力机进行整体切边和热校正；

6.热处理：调质硬度HRC23～30；

7.检验。

模具的设计：

1.根据零件图绘制锻件图

①选择分模面

②确定加工余量和公差

③确定拔模斜度

④计算辊锻件展开长度

⑤绘制辊锻件图

分模面、加工余量及公差，辊锻工艺拔模斜度的选取原则与模锻工艺相同。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选定为0.33，为了解决打弯时拳头倾角不易控制，将辊锻件拳头设计成反向倾斜4～20°角，确保打弯后角度适应终锻模并符合锻件要求，拳头部位设计成类椭圆形，中心向左右延伸2～12mm，见图1中的1处，2处为钢板座。热辊锻件图如图1。

2.选择原材料规格及辊锻道次

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积，各区段体积及总体积，锻件纵向变化情况。

②原材料规格确定

F₀＝k*Fmax

F₀为毛坯截面积，K为截面增大系数，Fmax为辊锻件最大截面积

d₀＝√4F₀/π

d₀为毛坯直径

选取截面增大系数K＝2

计算F₀＝K*Fmax＝2×5442.5＝10885mm²

d₀＝√4F₀/π＝117mm

考虑到制坯辊锻时的宽展需求，计算出来的毛坯直坯圆整到国家系列标准

取d₀＝φ120mm

3.辊锻道次确定

λs＝F₀/Fmin

λs为辊锻总延伸系数，Fmin为辊锻件最小截面积

Z＝lgλs/lgλ_平

Z为辊锻道次，λ_平为每道次辊锻平均延伸系数

总延伸率λs＝F₀/Fmin＝10885/2529＝4.3

辊锻道次Z＝lgλs/lgλ_平

取λ_平＝1.8    Z＝2.48

取辊锻道次Z＝3

4.局部终成形辊锻模的设计

①根据辊锻件图绘制热辊锻件图

首先计算展开尺寸，中性层系数取0.33，则冷锻件总长为1645mm，锻件热收缩率为1.1％，则热尺寸为1663mm，绘制的热辊锻件图如图1，其中L₃为1663mm，L_3前为451.5mm，L_3中为760mm。

②绘制局部终成形辊锻模

根据多次试验情况，选取拳头至钢板位区段前滑值为0.8％，两钢板座之间区段前滑值为1.43％，根据以上前滑值计算出模具圆弧长，并换算成圆心角；毛边平均宽度和厚度按40×6mm计算，绘制局部终成型模具，见图4，其中外径D＝797mm，内径d＝500mm，整个模具的全角为258°，拳头中心角为228°，拳头至钢板座中心角为62°，其余尺寸按辊锻件图选取，但型槽深度须扣除抬辊量。另外为保证辊锻时长度波动的毛坯都能适应弯曲模、终锻模，将拳头处设计成特殊的结构，即将拳头倾斜4～20°角，并设计成类椭圆形拳头，局部终成形辊锻模具见图4。

5.预成形辊锻模设计

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，见图2中的1，另按相应部位体积相等的原则，将预成形辊锻件分为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，为保证辊锻顺利进行，选择不等边工字形以保证辊锻时左右侧压下量基本相等。

设计的预成形辊锻件见图2，其中L₂为1108mm，L_2前为526mm，L_2中为240mm。

②预成形辊锻模的设计

选择前滑值，计算模具弧长并换算成模具中心角，设计的预成形辊锻模具见图5。

为保证拳头部位的良好成形，将其放在后壁易成形区，为适应毛坯的长度变化，去掉模具前壁，见图5A、B之3、4处。

设计的预成形模具，其总角度为175°，后拳头中心至后钢板座前壁角度为71°30′，至前钢板座后壁角度144°，至G-G截面角度为152°，至模具边缘为163°，其与终成形辊锻件对称的钢板座即D-D截面5处之宽度为保证有一定压下量，取为160mm，整个锻件宽展量为1～3mm。

6.制坯辊锻模的设计

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预成形辊锻件的良好成形，设计的毛坯辊锻件如图3所示，其中L₁为890mm，L_1前为385mm，L_1中为120mm，其礼帽形截面基本尺寸如下：帽檐B宽为170mm，厚度h为12mm，截面总高度为69mm。

方形截面宽度为自由宽展B_中为146mm。

②制坯辊锻模具的设计

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，相对于其它截面有最大的宽展，又能消除下一道辊锻时的不均匀变形，避免毛坯的左右偏摆。制坯辊锻模具见图6(图6中的E向为阻力槽)。

特征：采用B-B及C-C截面为礼帽形，且上模6处半径大于下模7处半径约20～30mm。

模具总包角为158°，两端方形截面包角为28°，礼帽形部位包角为38°。

上模外径R＝387mm，6处半径为375mm，下模外径R＝410mm，7处半径为350mm。

7.弯曲终锻模的设计

由于工艺采用了在同一台低吨位设备上带飞边弯曲并对拳头至钢板区段模锻成形，所以弯曲模设计带有60mm左右深的飞边槽，并在弯形上模安装有钢板位压块，以保证钢板位平面度；为保证锻件的良好成形，便于金属流动，终锻模飞边槽局部按开式结构设计，见图7之11处；终锻模上设计了弯曲承击块，见图7之8处，保证弯形时毛坯不致过压，达到形状精度，并且终锻模设计是选取了合适的热收缩率以保证毛坯长度，终锻模设计时将工字形部分至钢板座区段设计成比实际锻件尺寸略大的型槽，见图7A-A剖面图，9为锻件外轮廓，10为模具轮廓，以减少设备打击载荷。

8.整体切边校正模的设计

工艺上考虑了在同一台设备上进行整体切边和热校正，因此切边模采用落料式，并且切边上下模一侧设计有热校正型腔。校正模设计有出料撬槽，为了增大适应性，将拳头处设计成类椭圆形型腔。

Claims (1)

1.一种汽车前轴辊锻模锻复合工艺，采用辊锻工艺，使锻件中间工字形部分及钢板座区段辊锻成形，拳头至钢板座区段辊制成有少量终锻余量的初成型毛坯，然后采用模锻工艺对辊锻件进行整体弯曲，并对两端拳头至钢板座区段模锻成形，最后进行切边和热校正；制坯模采用了特殊的截面即礼帽形型槽，并在其上刻有阻力槽；辊锻前滑值取0.5～1.5％；在预成形和局部终成形辊锻时，分别在后壁易成形区各成形一个拳头，并去掉预成形辊锻模的前壁，以适应毛坯的长短变化；采用了上压力轧制方式，并在辊锻机后方设置接料工作台；该工艺的特征是：

①将辊锻件中拳头设计成类椭圆形，中心左右延伸2～12mm；

②在终锻模上设计有局部开式飞边槽和弯曲承击块；

③辊锻模拳头部位设计成反向倾斜4～20°角；

④终锻模工字部区段设计成比实际辊锻件尺寸略大的型槽；

⑤切边模及校正模设计并制造成复合式落料结构，切边和校正在同一台设备上进行。

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