汽車(chē)前軸輥鍛成形工藝分析

秦潤(rùn)庚 廖德侃

摘 要：前軸對(duì)于汽車(chē)底盤(pán)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是非常重要的部分，本篇文章以汽車(chē)的前軸結(jié)構(gòu)狀態(tài)為依據(jù)，對(duì)輥鍛工業(yè)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析和總結(jié)，主要是對(duì)它的特點(diǎn)和類(lèi)型的闡述，這也確保了前軸精密制坯公益能夠得到有效掌握，并起到了重要的推動(dòng)作用。

關(guān)鍵詞：前軸；汽車(chē)底盤(pán)；輥鍛工藝

汽車(chē)前軸鍛造工藝在沒(méi)有改進(jìn)之前主要是使用5t模鍛錘或者10t、16t模鍛錘輥工藝。這個(gè)工藝存在很多弊端，比如因?yàn)閯趧?dòng)條件差、加熱火次比較多、模具壽命低、鍛造質(zhì)量差、廢品率高、成本高等不利因素，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)是很有必要的【1】。相當(dāng)于第1種來(lái)說(shuō)，第2種的鍛造工藝更加先進(jìn)，引進(jìn)了國(guó)外先進(jìn)的前軸毛坯生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備，形成一套完整的輥鍛制坯工藝流程，包括彎曲、預(yù)鍛、精密輥鍛成形、切邊、熱校正，具有自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)質(zhì)量和效率優(yōu)良的特點(diǎn)，但是對(duì)于投入成本也是比較高的。其次是第3種工藝，主要采用了輥鍛制坯，并使用摩擦壓力機(jī)進(jìn)行整體模鍛成型，加強(qiáng)了對(duì)程控機(jī)械手的使用，提高了自動(dòng)化的生產(chǎn)效率，降低了工人的生產(chǎn)成本，是每個(gè)制造出來(lái)的鍛件都能夠精確無(wú)誤。這項(xiàng)工藝的投資成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于模鍛成形工藝生產(chǎn)線(xiàn)的投資成本【2】。本篇文章主要是對(duì)第4種軸鍛成形工藝進(jìn)行具體的分析和闡述，使用大型輥鍛機(jī)制造出展直的輥軋件，再通過(guò)整形、切邊、定長(zhǎng)彎曲、熱校正使鍛件進(jìn)行成型。這項(xiàng)工藝使得設(shè)備投資減少，降低了模具的使用成本，提高了模具加工的生產(chǎn)效率和鍛件的質(zhì)量。

1 汽車(chē)前軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工藝分析

1.1 汽車(chē)前軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

汽車(chē)前軸主要是采用彎曲軸線(xiàn)的工字形截面，能夠鍛造出細(xì)長(zhǎng)類(lèi)鍛件。具有截面變化大，腹板較薄，筋條窄而深的特點(diǎn)。如下圖所示。

圖1 某汽車(chē)前軸零件

1.2 汽車(chē)前軸輥鍛工藝分析

汽車(chē)前軸的工藝主要是利用輥鍛機(jī)對(duì)金屬進(jìn)行分配，達(dá)到鍛件圖上對(duì)工字截面筋的目標(biāo)要求。最重要的工序就是輥鍛機(jī)上進(jìn)行制坯、預(yù)成型、終成形輥鍛的三次輥軋，第一道是制坯輥鍛，主要是對(duì)金屬體積進(jìn)行合理分配和解決金屬分配中出現(xiàn)的問(wèn)題，由此來(lái)保證托板部位的寬度。第二道工序是預(yù)成型工輥鍛，主要是解決前軸的長(zhǎng)度方向金屬的體積分配問(wèn)題。第三道工序是終成型輥鍛，主要是保證鍛件整個(gè)截面的形狀，并且在兩頭的高度方向留有一定的整形空間。

對(duì)于輥鍛的變形過(guò)程來(lái)說(shuō)，是一種接近局部的、連續(xù)的、非封閉的以及靜壓的變形過(guò)程，可以幫助金屬將鍛件方向延伸。汽車(chē)前軸鍛件對(duì)金屬分布有著嚴(yán)格的要求，所以該項(xiàng)工藝比較適合，不僅可以提高金屬的縱向分布率，還可以有效的減少鍛件的用料量，同時(shí)還提高了鍛件的抗疲勞斷裂性能以及縱向力學(xué)的性能，一定程度上還可以加大前軸鍛件的使用年限。除此之外，輥鍛在變形的過(guò)程當(dāng)中，金屬的聚料和展寬是非常復(fù)雜的，尤其是對(duì)托板高寬大，截面變化大的前軸鍛件來(lái)說(shuō)，更是帶來(lái)了很大的困難。前軸主銷(xiāo)孔的定位以及托板對(duì)四個(gè)角更是很難成形。因此，輥鍛在進(jìn)行變形之后，還需要后續(xù)的整形，只有這樣才能保證前軸兩端、拖板以及定位保持得更好。同時(shí)，后期的定長(zhǎng)彎曲工序可以保證軸線(xiàn)的彎曲度?？偟膩?lái)說(shuō)，在生產(chǎn)汽車(chē)前軸鍛件的時(shí)候，是可以采用輥鍛工藝的。

2 生產(chǎn)實(shí)踐

對(duì)于模鍛生產(chǎn)的金屬填充性以及穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)，輥鍛生產(chǎn)受到的影響因素更多。在進(jìn)行第一道輥鍛生產(chǎn)時(shí)，只需要保證模具的預(yù)熱、潤(rùn)滑的程度以及始鍛的溫度，就可以獲得足夠大的展寬量。再進(jìn)行第二道輥鍛生產(chǎn)時(shí)，可以利用制坯件的尾進(jìn)行相關(guān)定位，在尾部可以形成一個(gè)拳頭。進(jìn)行第三道輥鍛生產(chǎn)時(shí)，可以依靠這個(gè)拳頭為坯料進(jìn)行精準(zhǔn)定位，從而在外部形成第三個(gè)拳頭。通過(guò)這樣的方式來(lái)改變塑料的方向，不僅可以幫助拳頭托板的形成，還可以有效的控制輥鍛件的長(zhǎng)度。

對(duì)于這三道輥鍛生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，不管是哪一道工序，都是采用強(qiáng)制咬入的方式，也就是在毛坯初始咬入的時(shí)候，在后端使用氣缸頂料的裝置提供壓力，由此來(lái)保證坯料的咬入狀況。對(duì)于模具來(lái)說(shuō)，最好的預(yù)熱溫度為200～300攝氏度，并且要求預(yù)熱均勻。與此同時(shí)，需要采用石墨加廢機(jī)油的方式作為作為潤(rùn)滑劑，并且要求潤(rùn)滑到位，不然的話(huà)，就容易造成毛坯模具損壞、金屬流動(dòng)困難等問(wèn)題，更嚴(yán)重的可能會(huì)造成金屬在模具中流動(dòng)不均勻，使毛坯料粘著在模具當(dāng)中，造成毛坯的損壞。除此之外，相關(guān)工作人員能及時(shí)調(diào)整潤(rùn)滑劑的濃度，盡量將潤(rùn)滑劑控制在一個(gè)比較小的范圍內(nèi)。

在進(jìn)行滾動(dòng)的過(guò)程當(dāng)中，要想保證毛坯的偏擺水平彎曲，除了要在設(shè)計(jì)行槽時(shí)考慮到各個(gè)界面上的壓力差之外，還要在送料的時(shí)候，還要采用強(qiáng)制異向裝置。如果在進(jìn)行操作的過(guò)程當(dāng)中，沒(méi)有將毛坯擺正或者毛坯的截面并沒(méi)有和模具截面吻合的話(huà)，就很難保證毛坯的偏擺水平彎曲。

與此同時(shí)，在進(jìn)行生產(chǎn)的過(guò)程當(dāng)中，還要控制好輥鍛的溫度。如果溫度偏高的話(huà)，金屬會(huì)朝長(zhǎng)度方向流動(dòng)，高度方向就不會(huì)被填充，不利于托板的形成。如果溫度偏低的話(huà)，就會(huì)增大變形抗力，尤其是在最終輥鍛成形的時(shí)候，可能會(huì)出現(xiàn)卡模的情況。通過(guò)相關(guān)的實(shí)踐表明，在進(jìn)行第一道輥鍛的時(shí)候，EQ142 前軸的初始溫度為1050攝氏度，在進(jìn)行第二道輥鍛的時(shí)候，溫度應(yīng)該控制在950攝氏度左右，在進(jìn)行第三道輥鍛的時(shí)候，溫度不能低于850攝氏度，不然的話(huà)就會(huì)容易出現(xiàn)卡膜的現(xiàn)象。但是，如果第二道工序或者第三道工序的初始溫度高于1000攝氏度的話(huà)，那么拖板的四個(gè)角就會(huì)出現(xiàn)充不滿(mǎn)的現(xiàn)象。

最后，設(shè)計(jì)師在制造新的輥鍛模具時(shí)，必須要經(jīng)過(guò)反復(fù)的調(diào)試和修模，只有這樣才能生產(chǎn)出合適的鍛件。

結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于以上所說(shuō)，確定輥鍛成形工藝參數(shù)的方法和一般模鍛的方法有相似的地方，但是又有特殊的地方。在進(jìn)行輥鍛模具設(shè)計(jì)的時(shí)候，必須要以各道次的輥鍛件圖為基礎(chǔ)，但是在控制長(zhǎng)度尺寸的時(shí)候，要減小前滑值S。對(duì)于前滑值來(lái)說(shuō)，并不是一個(gè)確定的值，它會(huì)隨著鍛造的溫度等相關(guān)參數(shù)的變化而變化。目前，輥鍛工藝存在的不均勻變形、展寬困難以及控制鍛件長(zhǎng)度等問(wèn)題，都可以通過(guò)設(shè)計(jì)合理模具、成形工藝以及采用專(zhuān)門(mén)的工裝夾具解決。目前對(duì)于輥鍛成形的工藝來(lái)生產(chǎn)汽車(chē)前軸的生產(chǎn)線(xiàn)來(lái)說(shuō)，需要對(duì)投資僅僅是進(jìn)口生產(chǎn)線(xiàn)1/40 ～ 1/20。并且85%以上材料利用率也要比普通模鍛節(jié)省材料，也就是說(shuō)，生產(chǎn)的數(shù)量越大，產(chǎn)生的效益也就越大。希望通過(guò)本文對(duì)于汽車(chē)前軸輥鍛成形工藝的相關(guān)研究和分析，可以對(duì)我國(guó)汽車(chē)前軸乃至其他零部件的生產(chǎn)改進(jìn)和優(yōu)化起到一定的促進(jìn)作用和借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂霄，劉艷雄，王孝文.汽車(chē)前軸第1道次輥鍛成形工藝有限元模擬與實(shí)驗(yàn)[J].鍛壓技術(shù)，2017，42（2）：5-11.

[2]尚帥.載重汽車(chē)前軸模鍛毛坯的輥鍛成形工藝研究[D].湖北：武漢理工大學(xué)，2016.