汽车转向节毛坯类零件精密模锻成型工艺方法

摘要

本发明提供了汽车转向节毛坯类零件精密模锻成型工艺方法，主要包括下料、加热、挤压拔长杆部、预锻镦粗分料、多向精密模锻成型工序；用切割装置下料，在中频感应炉中加热到1080℃～1180℃；将加热好的圆棒料放入挤压拔长模具的凹模中，形成由圆柱面和转向节毛坯杆部构成的坯料；将镦粗分料后的坯料放入多向模锻模具内，垂直方向的上凸模与上模座首先下行，上凸模与下凹模合模锻造；水平方向上对称的左、右侧凸模再进行挤压精密锻造成型。本发明的方法，由于在多向模锻液压机上模锻，其成形速度比锤上模锻成形速度低得多，不存在速度过高而出现的速度敏感性强导致表面产生裂纹的现象发生；可大大减少模锻成形和锻件顶出过程中锻件同模膛表面的接触摩擦阻力，进一步提高锻件表面质量；提高锻件材料利用率。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车转向节毛坯类零件精密模锻成型工艺方法，属于金属材料塑性成形技术领域。

 

背景技术

近年来，随着机械工业，尤其是汽车工业的飞速发展与国际竞争的激化，汽车零部件设计与生产过程的高精度、高性能、高效率、低成本、低能耗，已成为提高产品竞争力的唯一途径。转向节（Steering knuckle）是汽车关键零件之一，作为安全件，它既支撑车体重量，又传递转向力矩并承受前轮刹车制动力矩，因此对其机械性能和形状结构要求非常严格，锻造难度大。汽车转向节几何形状的高度复杂性和使用性能的重要性，决定了其开发手段的先进性和生产技术的高新性。传统的锻造工艺工序复杂，其工艺流程为下料→加热→制坯→镦粗（去除氧化皮）→挤压预锻→终锻→切边→校正→检查，其工艺存在的主要问题是，飞边过厚，金属损耗大，锻件公差大，后续的机械加工余量大，材料的利用率低。如何采用高效、节能的方法生产出优质的汽车转向节锻件，成为生产中急需解决的问题。李路等（授权公告号：CN 201855910 U）设计了适用于重车转向节的一种半封闭挤压－模锻工艺模具，延长了模具的使用寿命。刘争辉等（授权公告号：CN 201537672 U）设计了一种将预锻模型腔与成型模型腔交叉排列的车辆转向节锻模和制造转向节臂（授权公告号：CN 201558927 U）的模具，节省了模具的体积。孙惠学等（授权公告号：CN 1223418 C）发明了一种采用可分凹模侧向挤压精密预制坯→终端成形→冲孔和切飞边的精密模锻过程，简化了工序和节省了材料。王灿喜等（授权公告号：CN 201596742 U）设计的汽车转向节集成化锻造模具，提高了锻造坯料和模具的利用率。胡道财等（授权公告号：CN 101607294 B）采用模锻锤生产工艺和压力机挤压复合工艺生产汽车转向节，提高了产品质量和生产效率。王德辉等（授权公告号：CN 101670417 B）发明了一种通过拔杆→预锻镦粗和分料→终锻成型的重型卡车转向节锻造成型工艺，有效提高了锻件质量和降低原材料消耗。

多向模锻是在闭塞锻造工艺上发展起来的一项精密、高效成型的模锻新工艺。多向模锻零件成形是在具有多个分模面的封闭型腔内进行的，因此，也可以称为可分凹模模锻，可分凹模与冲头作水平或垂直方向的运动而形成多向模锻工艺。当凹模闭合后，单个冲头或多个冲头自不同方向同时或先后对毛坯进行挤压。它是一种利用可分模具在压力机一次行程的作用下锻出形状复杂、无毛边、无模锻斜度或小模锻斜度锻件的挤、锻相结合的综合工艺。董传勇等（董传勇、薛克敏、赵茂俞等，接套体多向模锻工艺及模具设计，金属加工，2009（23）：53-55）设计了一料两件的多向精锻成型工艺方案以及多向精锻模具，解决了偏载力问题，并使顶出机构得到了优化，锻件出模更加平稳、可靠，生产效率得到大幅提高。夏巨谌等（授权公告号：CN 101214526 B和CN 201217051Y）发明的7A04铝合金机匣体类零件多向模锻模具及多向模锻工艺，有效的克服了开始模锻工艺和等温模锻工艺存在的问题，大大减少了锻件与模膛摩擦阻力，提高了锻件的表面质量。周志明等（授权公告号：ZL 2010 2 0633814.6和ZL 2010 2 0633843.2）采用多向模锻技术对机匣体类零件和机体座类零件进行精密模锻，材料利用率提高30%及以上。多向模锻技术在一些工业发达的国家中多向模锻技术已得到广泛的应用和发展，在我们国家的发展相对落后。尽管多向模锻可锻出其他各类锻压方式无法或较难生产的形状复杂的锻件，然而没有人通过采用多向模锻精密成型工艺对汽车转向节类进行研究。

  

发明内容

本发明的目的在于。

本发明的技术方案如下：汽车转向节毛坯类零件精密模锻成型工艺方法，主要包括下料、加热、挤压拔长杆部、预锻镦粗分料、多向精密模锻成型工序；其特征在于包括如下步骤：

（1）下料；根据汽车转向节零件的大小，用切割装置下相应直径的圆棒

料，获得符合工艺要求长度的圆棒料；

（2）加热；将圆棒料在中频感应炉中加热到1080℃～1180℃；

（3）挤压拔长杆部；将加热好的圆棒料放入挤压拔长模具的凹模中，凹模大端的直径比棒料的直径大1～3mm，凹模下端与转向节毛坯杆部的形状相适应，挤压拔长模具的底部设置有与转向节毛坯杆部底端相对应的顶料装置；经挤压拔长后，形成由圆柱面和转向节毛坯杆部构成的坯料；

（4）预锻镦粗分料；将挤压拔长后的工件进行预锻，已经成型的转向节毛坯杆部不处理，将圆柱段根据转向节零件的形状进行镦粗和分料；

（5）多向模锻精密成型；将镦粗分料后的坯料放入按照设计要求制作的多向模锻模具内，垂直方向的上凸模与上模座首先下行，上凸模与下凹模合模锻造，待合模锻造成型后，上凸模停止运动；水平方向上对称的左、右侧凸模同时进行挤压精密锻造成型；锻造完成后，水平方向上对称的左、右侧凸模首先同时退出型腔，然后上凸模和上模座上行开模，再分模取件。

进一步的特征是：所述凹模大端的直径比棒料的直径大1～2mm。

相对于现有技术，本发明汽车转向节毛坯类零件精密模锻成型的方法，具有以下有益效果：

1、由于在多向模锻液压机上模锻，其成形速度比锤上模锻成形速度低得多，不存在速度过高而出现的速度敏感性强导致表面产生裂纹的现象发生。

    2、该工艺将终端模具设计成多向分模结构并实现模锻成形，可大大减少模锻成形和锻件顶出过程中锻件同模膛表面的接触摩擦阻力，进一步提高锻件表面质量。

     3、生产的锻件余量和公差小，锻件材料利用率比传统模锻提高18%及以上。

4、工艺工艺流程合理，不需切边工序。

5、由于金属都在强烈的三向压应力状态下成形，因而其塑性成形性能大为提高。

  

附图说明：

图1  6700转向节毛坯精密锻造工艺示意图；

图2  6700转向节毛坯三维示意图；

图3  EQ153转向节毛坯精密锻造工艺示意图；

图4  EQ153转向节毛坯三维示意图；

图5  SK1转向节毛坯精密锻造工艺示意图；

图6  SK1转向节毛坯三维示意图。

  

具体实施方式

本发明汽车转向节毛坯类零件精密模锻成型工艺方法，该工艺生产效率高、锻件质量好，材料利用率高，主要包括下料、加热、挤压拔长杆部、预锻镦粗分料、多向精密模锻成型工序。

1、下料；根据汽车转向节零件的大小，用切割装置（带锯机）下相应直径的圆棒料，获得符合工艺要求长度的圆棒料。

2、加热；将圆棒料在中频感应炉中加热到1080℃～1180℃。

3. 挤压拔长杆部；将加热好的圆棒料放入挤压拔长模具的凹模中，凹模大端的直径比棒料的直径大1～3mm，凹模下端与转向节毛坯杆部（或杆部优化设计后）的形状相适应（或完全一样），挤压拔长模具的底部设置有与转向节毛坯杆部底端相对应的顶料装置；经挤压拔长后，形成由圆柱面和转向节毛坯杆部构成的坯料。

4. 预锻镦粗分料；将挤压拔长后的工件进行预锻，已经成型的转向节毛坯杆部不变形，将圆柱段根据转向节零件的形状进行镦粗和分料。

5. 多向模锻精密成型；将镦粗分料后的坯料放入按照设计要求制作的多向模锻模具内，垂直方向的上凸模与上模座首先下行，上凸模与下凹模合模锻造，待合模锻造成型后，上凸模停止运动；水平方向上对称的左、右侧凸模同时进行挤压精密锻造成型；锻造完成后，水平方向上对称的左、右侧凸模首先同时退出型腔，然后上凸模和上模座上行开模，再分模取件。

凹模大端的直径比棒料的直径大1～2mm，为最佳范围。

实施例1：6700转向节毛坯精密锻造工艺

经过结构优化后6700转向节毛坯精密锻造的工艺分别如图1所示。首先采用带锯机切割φ80mm的40Cr圆钢，切割成如图1（a）所示长度为182±2mm圆棒料。然后采用中频感应加热炉，加热圆形棒料至1150±10℃。将加热好的圆形棒料放入到挤压拔长凹模中，凹模大端的直径为φ81mm，比棒料的直径大1mm，便于放置棒料，凸模直径与棒料直径一致为φ80mm，凹模下端与转向节毛坯杆部优化后的的形状一样，模具的底部有与转向节毛坯杆部底端同样直径大小的顶料装置。挤压拔长后，形成由如图1（b）所示圆柱面和转向节毛坯杆部优化后形状构成的坯料。将拔杆后的坯料进行预锻，已经成型的转向节毛坯杆部不变形，圆柱段根据6700转向节零件的形状进行镦粗和分料，形成如图1（c）所示的坯料。将镦粗分料后的坯料放入多向模锻模具内，如图1（d）中所示箭头A所示的平面为上下模具的水平分模面。将如图1（c）所示的坯料旋转90°进行多向模锻锻造。垂直方向的上凸模与上模座首先下行，上凸模与下模（下凹模）合模锻造，上凸模运动到A平面即完成上下合模锻造成型。此时上凸模停止运动，如图1（d）中箭头B所对应的水平方向上对称的左、右侧凸模同时进行挤压精密锻造成型。锻造完成后，水平方向上对称的左、右侧凸模首先同时退出型腔，然后上凸模和上模座再上行开模，顶出锻件，旋转90°后的转向节毛坯三维示意图如图2所示。本精密模锻工艺根据多向模锻精密成型的特点进行了结构优化与设计，如图1（d）中箭头B所示，靠近上凸模成型的内侧进行了补料和优化，需要后续机械加工进行切除。如图1（d）中箭头C所示的加强筋进行了结构优化。与传统上下模锻的6700转向节毛坯相比，本精密模锻工艺所得到的6700转向节材料利用率提高了约19%。

实施例2：EQ153转向节毛坯精密锻造工艺

经过结构优化后EQ153转向节毛坯精密锻造的工艺分别如图3所示。首先采用带锯机切割φ130mm的40Cr圆钢，切割成如图3（a）所示长度为185±2mm圆棒料。然后采用中频感应加热炉，加热圆形棒料至1160±10℃。将加热好的圆形棒料放入到挤压拔长凹模中，凹模大端的直径为φ132mm，比棒料的直径大2mm，便于放置棒料，凸模直径与棒料直径一致为φ130mm，凹模下端与转向节毛坯杆部优化后的的形状一样，模具的底部有与转向节毛坯杆部底端同样直径大小的顶料装置。挤压拔长后，形成由如图3（b）所示圆柱面和转向节毛坯杆部优化后形状构成的坯料。将拔杆后的坯料进行预锻，已经成型的转向节毛坯杆部不变形，圆柱段根据EQ153转向节零件的形状进行镦粗和分料，形成如图3（c）所示的坯料。将镦粗分料后的坯料放入多向模锻模具内，如图3（d）中所示箭头D所示的阶梯面为上下模具分模面。将如图3（c）所示的坯料旋转90°进行多向模锻锻造。垂直方向的上凸模与上模座首先下行，上下合模锻造，上凸模运动到阶梯平面D即完成上下合模锻造成型。此时上凸模停止运动，如图3（d）中箭头E和箭头F所对应的水平方向上对称的左、右侧凸模同时进行挤压精密锻造成型。锻造完成后，水平方向上对称的左、右侧凸模首先同时退出型腔，然后上凸模和上模座再上行开模，顶出锻件，旋转90°的转向节毛坯三维示意图如图4所示。与传统上下模锻的EQ153转向节毛坯相比，本精密模锻工艺所得到的EQ153转向节根据多向模锻精密成型的特点进行了结构优化与设计，如图4中箭头E所示的结构进行了优化。与传统上下模锻的EQ153转向节毛坯相比，本精密模锻工艺所得到的EQ153转向节毛坯材料利用率提高约21%。                                                

实施例3：SK1转向节毛坯精密锻造工艺

经过结构优化后SK1转向节毛坯精密锻造的工艺如图5所示。锻造工艺过程与实施例1中6700转向节毛坯精密锻造工艺一样，只是40Cr圆棒的原材料直径和长度不一样、工艺过程中挤压拔长杆部、预锻镦粗分料和多向精密模锻的形状不一样。多向模锻过程中采用如图5（d）中所示箭头G所示的平面为上下模具的水平分模面，如图6中箭头H、I所在的部分和箭头J、K所在的部分前后对称中间作为垂直分模面。与传统上下模锻的SK1转向节毛坯相比，本精密模锻工艺所得到的SK1转向节根据多向模锻精密成型的特点进行了结构优化与设计，如图6中箭头H、I、J所示的结构进行了优化，箭头K所示的地方进行了补料。与传统上下模锻的SK1转向节毛坯相比，本精密模锻工艺所得到的SK1转向节毛坯材料利用率提高了约20%。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。