摘要：針對輕轎車復(fù)雜彎軸類鍛件現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的諸多問題及該類鍛件自身的技術(shù)特點(diǎn)，本文提出輥鍛—摩擦壓力機(jī)模鍛復(fù)合工藝方案，介紹有關(guān)輥鍛毛坯，彎曲毛坯，彎曲回彈，彎曲工序的合理安排等工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)及模具的合理結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)。經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)考核表明：本工藝方案合理，生產(chǎn)過程穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟(jì)效益顯著。本文中的工藝設(shè)計(jì)方法對其它復(fù)雜彎軸類鍛件有普遍參考意義。
關(guān)鍵詞：復(fù)雜彎軸鍛件；復(fù)合鍛造工藝；輕轎車

一、前言

復(fù)雜彎軸類鍛件的成形法一直是鍛造行業(yè)致力研究的問題，前些年我國輕轎車生產(chǎn)數(shù)量不大，沒有形成規(guī)模經(jīng)營，故輕轎車復(fù)雜彎軸鍛件的生產(chǎn)主要以傳統(tǒng)的錘上模鍛工藝進(jìn)行小批量生產(chǎn)，有的廠家甚至采用自由鍛—胎模鍛工藝，需幾火次才能鍛成。近年來，我國輕轎車生產(chǎn)迅速發(fā)展，生產(chǎn)批量越來越大，整機(jī)制造水平越來越高，對復(fù)雜彎軸類鍛件而言，不僅形狀復(fù)雜，而且鍛件尺寸精度，表面質(zhì)量等方面的要求也更加嚴(yán)格，故探索輕轎車復(fù)雜彎軸類鍛件的合理鍛造方法，顯得尤為重要。根據(jù)一汽輕轎車生產(chǎn)實(shí)際需求，在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，我們采用了輥鍛制坯—摩擦壓力機(jī)模鍛復(fù)合工藝替代傳統(tǒng)的錘上模鍛，生產(chǎn)了輕型車左轉(zhuǎn)向節(jié)臂，奧迪轎車左、右下控制臂等五種復(fù)雜彎軸類鍛件，其鍛件技術(shù)水平達(dá)到了輕型車、奧迪轎車原圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

二、工藝分析與方案確定

輕轎車復(fù)雜彎軸類鍛件，其特點(diǎn)是軸線呈空間曲線形，多向彎曲，截面差與落差大，外形復(fù)雜，鍛造成形與模具加工難度較大。以左轉(zhuǎn)向節(jié)臂(圖1)為例，按傳統(tǒng)的錘上模鍛工藝，一般要采用撥長—滾壓—彎曲—鍛造等工步。其突出缺點(diǎn)是鍛件精度較差，工作時(shí)震動噪音大，材料消耗與能耗大，勞動條件差。如采用較的熱模鍛壓力機(jī)成形法，雖然工人勞動條件好，生產(chǎn)率及鍛件尺寸精度較高，也便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化，但其突出缺點(diǎn)是制造成本高，不便于拔長、滾壓等制坯工步，需配其它輔助設(shè)備制坯。

圖1

針對現(xiàn)有鍛造工藝的諸多問題及復(fù)雜彎軸類鍛件自身的技術(shù)特點(diǎn)，我們確定了輥鍛——摩擦壓力機(jī)模鍛復(fù)合鍛造工藝的方案，其工藝流程為：下料→中頻感應(yīng)加熱→輥鍛制坯→彎曲→鍛造→切邊→校正→鍛件質(zhì)量檢測。本工藝方案采用中頻感應(yīng)加熱不僅提高了鍛件表面質(zhì)量，穩(wěn)定了工藝過程，也可提高生產(chǎn)率，改善勞動環(huán)境。多道次輥鍛制坯，可有效地解決復(fù)雜彎軸鍛件截面差大的問題，使制坯形狀更接近于這類鍛件展開后的直線形狀和尺寸，減少鍛件飛邊，節(jié)省原材料。由于摩擦壓力機(jī)具有模鍛錘和鍛壓機(jī)的雙重工作特性，在摩擦壓力機(jī)上進(jìn)行彎曲成形、預(yù)鍛、終鍛及校正成形，有利于穩(wěn)定工藝過程，保證鍛件質(zhì)量，同時(shí)也具有很高的生產(chǎn)率。

三、工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.輥鍛毛坯的設(shè)計(jì)

輥鍛毛坯設(shè)計(jì)是否合理對其后的彎曲，鍛造成形工序有很大影響，應(yīng)精確制坯，滿足工序間的合理匹配。除按一般的輥鍛毛坯設(shè)計(jì)原則外，要注意以下問題：(1)輥鍛毛坯過渡區(qū)段的斜度選取原則為在能滿足終鍛充滿型腔的情況下，斜度盡量取得大些，避免在大小頭過渡處形成較大飛邊。(2)由于采用輥鍛制坯、摩擦壓力機(jī)成形，在計(jì)算毛坯的橫截面積F＝Fｄ+2KFｆ時(shí)，飛邊槽充滿系數(shù)K取0.4～0.6即可，根據(jù)鍛件形狀尺寸，難于充填的部分取大值，易于充填的部分取小值。(3)輥鍛制坯各道次間的延伸系數(shù)的計(jì)算與選取，要避免輥鍛過程道次之間或輥鍛后的毛坯出現(xiàn)折疊。

2.彎曲的回彈

對復(fù)雜彎軸類鍛件而言，彎曲成形至關(guān)重要。在熱鍛時(shí)，彎曲過程中有否回彈及相關(guān)的影響因素，在教材、設(shè)計(jì)手冊及資料中介紹的很少。通過試驗(yàn)研究表明，在摩擦壓力機(jī)上進(jìn)行沒有夾緊的彎曲時(shí)，彎曲回彈是存在的，熱鍛時(shí)彎曲回彈值的大小主要和相對彎曲半徑R／t，工件及模具的形狀，彎曲部分坯料壓扁程度即變形程度關(guān)系比較大。當(dāng)R／t越大時(shí)回彈量也越大，工件在彎模中被壓扁程度越大，彎曲型槽作用部分越長，回彈量越小。以左轉(zhuǎn)向節(jié)臂為例(圖1)，由于彎曲成形時(shí)回彈的影響，在彎曲成形后，開口尺寸增大5～6mm，彎曲角由102°增大到103.4°，彎曲毛坯與終鍛型槽明顯不相匹配。在校正模彎曲成形時(shí)，由于回彈的影響，致使鍛件落差尺寸22+2.0+1.0減小了2～3mm，如果設(shè)計(jì)時(shí)不考慮回彈問題，將直接影響著鍛件尺寸精度和表面質(zhì)量及材料利用率。在研制過程中，比較準(zhǔn)確地確定了不同件、不同部位的彎曲回彈數(shù)值后，對原部分設(shè)計(jì)進(jìn)行了修改，取得了較好的效果。

3.彎曲毛坯的設(shè)計(jì)

對復(fù)雜彎軸類鍛件，彎曲毛坯設(shè)計(jì)是否合理，對鍛造成形影響很大。在工藝調(diào)試中出現(xiàn)的兩個(gè)主要問題是：彎曲毛坯放入終鍛型槽不穩(wěn)定，容易偏擺；直角彎曲處易出折疊。如1t輕型車左、右轉(zhuǎn)向節(jié)臂兩種鍛件在最初的設(shè)計(jì)中，經(jīng)彎曲后放入終鍛型槽時(shí)出現(xiàn)偏倒問題。后來修改設(shè)計(jì)時(shí)，加大了彎曲的壓扁程度，并重新確定了彎曲毛坯與終鍛型槽的接觸位置，使彎曲毛坯穩(wěn)定放入終鍛型槽。直角彎曲處易出折疊這是一個(gè)普遍存在的技術(shù)問題，如圖2所示。

圖2

由于金屬朝最小阻力方向流動，則在直角彎曲處匯集，結(jié)果在鍛件本體及毛邊上形成折疊。為控制鍛件直角彎曲處不出折疊，主要應(yīng)設(shè)計(jì)好彎曲毛坯的形狀和尺寸，其設(shè)計(jì)關(guān)鍵是要把直角處的R值盡量取的大些，并使直角彎曲處R的輪廓線在終鍛型槽外面，如圖3所示，雖然在鍛件終鍛過程中仍然產(chǎn)生折疊，但這時(shí)的折疊僅僅出現(xiàn)在毛邊上，而不是出現(xiàn)在鍛件本體上。實(shí)踐證明，只要彎曲毛坯設(shè)計(jì)合理，能與終鍛型槽很好的匹配，是可以克服直角彎曲處折疊問題的。

圖3

4.彎曲工序的合理安排

對于簡單彎曲，即一個(gè)方向上的彎曲工序，一般安排在頂鍛、終鍛之前，但對于復(fù)雜多向彎曲鍛件，彎曲工序的合理安排也是很重要的，從鍛造設(shè)備本身而言，只有一個(gè)垂直方向的運(yùn)動，只能安排一方向上的彎曲成形，在本項(xiàng)目的研究中，采取了把多向彎曲合理分解的技術(shù)措施。如奧迪轎車左、右下拉臂兩種鍛件、不僅形狀復(fù)雜，而且鍛件在兩個(gè)方向上有4種不同的彎曲角度。對此，我們在制定工藝時(shí)，將一個(gè)方向上的彎曲型槽開在預(yù)鍛模上，經(jīng)輥鍛制坯的毛坯先經(jīng)一向彎曲并預(yù)鍛，另一個(gè)方向上的三種不同形狀、不同角度的彎曲安排在終鍛工序即利用終鍛型槽完成彎曲和終鍛成形。再如2t輕型車左轉(zhuǎn)向節(jié)壁臂(圖1)，也是兩個(gè)方向4種彎曲角度，并且落差較大，對此種鍛件經(jīng)過認(rèn)真的工藝分析，采取了如下工藝方案，即在一臺摩擦壓力機(jī)上進(jìn)行水平方向的彎曲成形，然后在另一臺摩擦壓力機(jī)上終鍛成形，經(jīng)切邊后再在校正模上將垂直方向的曲形壓出來，這樣不僅使終鍛模和切邊模形狀簡化，加工制造難度降低，節(jié)省模具材料，而且容易保證鍛件質(zhì)量，經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)使用表明，左轉(zhuǎn)向節(jié)臂的工藝路線是正確的，在校正模上進(jìn)行垂直方向的彎曲成形是成功的。

四、模具合理結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)

由于摩擦壓力機(jī)行程速度較模鍛錘慢，模具受力條件較好，其承擊面一般為錘上模鍛1／3即可。在本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)中，對于預(yù)鍛模、終鍛模、校正模均采用了鑲塊式模具結(jié)構(gòu)，可較大幅度地降低模具材料，降低模具機(jī)加工時(shí)與費(fèi)用。此外，為適應(yīng)大批量生產(chǎn)的要求，模具導(dǎo)向部分采用了導(dǎo)柱、導(dǎo)套結(jié)構(gòu)，以平衡彎軸類鍛件模鍛過程中出現(xiàn)的錯移力，減少鍛件錯差，提高鍛件精度，同時(shí)也便于模具安裝調(diào)整。

復(fù)雜彎軸鍛件截面差較大，一般需經(jīng)制坯工步，由于制坯后的毛坯截面形狀和尺寸很難與鍛件相吻合，故在預(yù)鍛時(shí)往往出現(xiàn)多余金屬流往模膛外，使預(yù)鍛模打不靠，在鍛模承擊面間形成飛邊，錘上模鍛工藝的預(yù)鍛不設(shè)飛邊槽，在本工藝的設(shè)計(jì)中，在預(yù)鍛模上也設(shè)置了飛邊槽，以使多余金屬流向飛邊槽內(nèi)，并使模具打靠，從而有效地保證預(yù)鍛毛坯的形狀和尺寸，使預(yù)鍛毛坯截面積和終鍛毛坯截面積匹配合理，保證復(fù)雜鍛件的良好成形，避免折疊等缺陷。摩擦壓力機(jī)上預(yù)鍛飛邊槽的形狀與終鍛相同，但在飛邊橋部及倉部高度上要大1.5～2mm，而寬度要縮短4～5mm。這種設(shè)計(jì)方法對于摩擦壓力機(jī)模鍛成形是很合理的。

五、結(jié)論

(1)采用輥鍛—摩擦壓力機(jī)模鍛復(fù)合工藝生產(chǎn)輕轎車復(fù)雜彎軸類鍛件，其產(chǎn)品尺寸精度高，表面質(zhì)量好，與傳統(tǒng)的錘上模鍛工藝相比，可平均節(jié)約原材料15%以上，能耗降低60%，鍛件可比成本下降10%以上，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

(2)本工藝方案選擇合理，生產(chǎn)過程穩(wěn)定可靠，本文中的工藝設(shè)計(jì)方法與模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對其它復(fù)雜彎軸類鍛件工藝設(shè)計(jì)具有普遍指導(dǎo)意義。