專利名稱：轉向節閉式鍛造工藝的制作方法
技術領域：
本發明屬于機械制造領域的鍛造加工工藝，是一種汽車轉向節的鍛造生產技術。
背景技術：
汽車轉向節是一個承受前輪載荷的重要保安件，它連接著汽車的轉向系統、制動 系統、行駛系統，是汽車前橋總成中的關鍵保安部件之一，是汽車行駛中安全性的有力保 證，在汽車底盤部件中屬于形狀非常復雜的保安件。汽車轉向節主要由三部分組成桿部、 法蘭盤和兩耳，法蘭盤連接桿部和兩耳，常見的轉向節采用臥式鍛造方式即主要變形工步 的鍛擊方向與轉向節桿部軸線垂直。但有一種轉向節的轉向限位空間兩側有加強筋連接兩 耳，此結構使該轉向節必須采用立式鍛造方式即主要變形工步的鍛擊方向與轉向節桿部軸 線平行，如斯太爾91系列重型車用的轉向節。目前國內該轉向節具有代表性的鍛造工藝如下熱模鍛壓力機上鍛造工藝為加 熱、鐓粗、擠壓、預鍛、終鍛、切邊、校正；摩擦壓力機上鍛造工藝為加熱，在空氣錘上拔長 桿部，整圓桿部，然后頭部壓扁，再在摩擦壓力機上終鍛成型，最后切邊、校正；模鍛錘上鍛 造工藝為加熱，在3T模鍛錘上拔長桿部、頭部壓扁、鐓粗、預鍛，二火加熱后放在IOT或16T 模鍛錘上終鍛成型，然后切邊、校正。上述生產技術均采用有飛邊的開式模鍛工藝，該類工 藝生產轉向節時，轉向節的桿部在下模，耳部在上模，生產過程中產生較大的飛邊，需要有 切邊工序，金屬消耗大，材料利用率低。
發明內容
本發明的目的是克服原有工藝的不足，提供一種鍛造工步少、模具投入少、材料 利用率高，生產效率高，采用閉式鍛造工藝在電動直驅螺旋壓力機上鍛造汽車轉向節的生 產工藝。本發明的技術方案是采用中頻加熱爐加熱圓形棒料至鍛造工藝所需溫度，在鐓 粗臺上鐓粗，然后把鐓粗后的坯料放在擠壓制坯模具中擠壓制坯，再轉入終鍛模具中終鍛 成型，本工藝中，采用閉式鍛造工藝，在電動直驅螺旋壓力機上進行鍛造，擠壓制坯模具、終 鍛模具均為閉式結構，轉向節的桿部放在上模，耳部放在下模，桿部尾端拔模角度為1° 3°，桿部其余部分設計成錐桿，在擠壓制坯模具中錐桿與法蘭盤交接處設計成與水平面夾 角為18° 30°的圓錐面，在擠壓制坯模具下模型腔較深的長耳頂部設置有儲氣槽，兩耳 之間設計有凸臺連接兩耳，凸臺凸出法蘭盤35mm 50mm，凸臺兩側與法蘭盤部交接處設 計成與水平面夾角為30° 40°的斜面，擠壓制坯模具型腔總體積比終鍛模具總體積大 8-10%，擠壓制坯模具、終鍛模具上下模擠壓筒的拔模角度設計為Γ 3°，高度設計為 40mm 60mm，間隙設計為0. 15mm。擠壓制坯、終鍛成型均有試打步驟，即通過實際調試來確 定所需的打擊能量，按照先輕后重逐步增加打擊能量的步驟試驗出適當的打擊能量，并儲 存該打擊能量的程序以供批量生產時調用，擠壓制坯試打時，當逐步增加打擊能量至擠壓 制坯所得到的坯料剛剛出現毛刺時，即減小打擊能量，至沒有毛刺出現，在此打擊能量值上再減小2-3%確定為擠壓制坯的打擊能量值，終鍛成型試打時，逐步增加打擊能量至終鍛成 型所得到的鍛件剛剛出現毛刺時，在此打擊能量上再增加2-3%確定為終鍛成型的打擊能量值。電動直驅螺旋壓力機特點在于設備提供給鍛造各工步所需的打擊能量可由電腦 程序預先設定，滑塊下行打擊能量消耗完后滑塊回程完成打擊程序，原則上設備提供的打 擊能量應等于金屬塑性變形所需的能量，但在實際生產過程中為保證金屬在模具型腔內充 型飽滿，上、下模具閉合即打靠，鍛件厚度尺寸合格，設定的打擊能量往往略大于金屬塑性 變形所需的能量。本發明利用電動直驅螺旋壓力機可設定鍛造各工步的打擊能量這一性能 特點采用閉式鍛造工藝鍛造轉向節，用三個鍛造工步，即鐓粗、擠壓制坯、終鍛，實現轉向節 的無飛邊鍛造，節約了預鍛、切邊、校正等工序，并且提高了轉向節的鍛造材料利用率、減少 了模具投入、提高了生產效率、降低了生產成本。本工藝中擠壓制坯模和終鍛模均采用閉式結構，結合轉向節的結構特點，為了保 證閉式模具結構上模型腔壁的強度，把轉向節的桿部放在上模，耳部放在下模。本工藝難點 是擠壓制坯時在法蘭盤部厚度達到要求及擠壓制坯模具型腔充滿了 91% 94%的前提 下要避免沿水平分模面周邊產生毛刺，否則在閉式終鍛時毛刺會造成折疊。為了避免擠壓 制坯時產生毛刺，必須精確計算并分配各部分型腔，而擠壓制坯型腔是不可能完全充滿，所 以在設計時擠壓制坯模具各部分型腔體積在終鍛相對應各部分型腔體積的基礎上加8% 10%，即擠壓制坯模具型腔總體積為終鍛型腔總體積的108% 110%。在鍛造過程中再利 用電動直驅螺旋壓力機可以設定打擊能量這一性能特點，通過實際調試來確定擠壓制坯所 需的打擊能量，一要保證閉式擠壓制坯時水平分模面周邊不產生毛刺，避免到終鍛工步時 鍛件產生折疊，影響鍛件的質量；二要保證法蘭盤部厚度達到要求及擠壓制坯型腔充滿了 91% 94%，提高終鍛的充型能力及終鍛模具的使用壽命。鍛造工藝所需加熱溫度根據坯料即圓形棒料的材質不同溫度略有差異，一般為 1150 1250°C，該溫度數據可由手冊查得。工藝流程如下1.下料、加熱；2.模鍛；1)、鐓粗鐓粗加熱后的圓形棒料，鐓粗的同時也去除了加熱時產生的氧化皮；2)、擠壓制坯鐓粗后的坯料放在擠壓制坯模中擠壓制坯，首次擠壓制坯時有試 打，其后按試打確定的打擊能量擠壓制坯；3)、終鍛成型擠壓制坯后的坯料放在閉式終鍛模具中終鍛成型，首次終鍛成型時 有試打，其后按試打確定的打擊能量終鍛成型。終鍛成型后的鍛件進入打磨毛刺等機加工程序。本發明的主要經濟指標用開式模具結構鍛造該轉向節材料利用率為83 86 %， 開式模具結構為有飛邊鍛造工藝，必需有切除飛邊、校正，還有預鍛，而本工藝通過準確控 制各鍛造工步的打擊能量、采用閉式模具結構，實現轉向節的無飛邊鍛造，材料利用率在 98%以上。由于利用電動直驅螺旋壓力機特點，設定各鍛造工步的打擊能量，采用閉式模具 結構，轉向節桿部放在上模等一系列技術措施和相應的模具、設備，使本發明只需鐓粗、擠壓制坯、終鍛三個鍛造工步，即可鍛造出合格的轉向節鍛件，減少了常規鍛造工藝中的預 鍛、切邊、校正等工序，節省了鍛造時間，既減少了模具的投入，又提高了生產效率，特別是， 實現轉向節的無飛邊鍛造，材料利用率明顯高于原有任何一種鍛造工藝，顯著降低了轉向 節的生產成本。
圖1是本發明鐓粗臺、擠壓制坯模具下模、終鍛模具下模裝配時的俯視示意圖。
圖2是本發明鍛件主視示意圖。
圖3是本發明鍛件俯視示意圖。
圖4是本發明圖3鍛件A-A剖視示意圖。
圖5是本發明終鍛模具剖視示意圖。
圖6是本發明終鍛模具下模俯視示意圖。
圖7是本發明擠壓制坯的坯料主視示意圖。
圖8是本發明擠壓制坯的坯料俯視示意圖。
圖9是本發明圖8擠壓制坯的坯料B-B剖視示意圖。
圖10是本發明擠壓制坯模具剖視示意圖。
圖11是本發明擠壓制坯模具下模俯視示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖，對本發明加以說明。1.下料采用GB4025C帶鋸機，切割Φ 140圓形棒料，長度為275士 Imm;加熱采 用KGPS800-1型中頻感應加熱爐，加熱圓形棒料至鍛造工藝所需溫度；2.模鍛1)、鐓粗在鐓粗臺1上鐓粗加熱后的圓形棒料同時也去除了加熱時產生的氧化 皮，鐓粗后的坯料長度為210士5mm，外形似鼓形；2)、擠壓制坯鐓粗后的坯料放在擠壓制坯模具中擠壓制坯；擠壓制坯后的坯料、擠壓制坯模具、及其局部截面剖視如圖7至圖11所示，采用閉 式鍛造工藝，在電動直驅螺旋壓力機上進行鍛造，擠壓制坯模具、終鍛模具均為閉式結構， 轉向節的桿部放在上模，耳部放在下模，擠壓制坯模具型腔總體積為終鍛模具型腔總體積 的108 %，調用儲存好的擠壓制坯工步的打擊能量，控制法蘭盤4厚度在19 19. 5范圍內， 圖7中桿部5分為尾端6和錐桿7，尾端6的拔模角度設計為Γ 3°，本例中為減小尾端 6金屬的流動阻力，更有利于尾端6型腔的擠壓充型，把尾端6的拔模角度設計為Γ，錐桿 7與法蘭盤4交接處設計成與水平面夾角為18° 30°的圓錐面15，本例中圓錐面15與 水平面的夾角設計為25°，這樣圓錐面15和錐桿7組成兩級“漏斗”形狀，擠壓制坯時金屬 優先流向錐桿7，然后再向尾端6型腔擠壓充型，有利于尾端6的充型；兩耳之間的法蘭盤 4上設計有凸臺14，凸臺14凸出法蘭盤4面35mm 50mm，本例中凸出法蘭盤4面48mm，在 實際生產中，凸臺14在長耳8 一側略高于短耳9 一側，凸臺14為桿部5及耳部儲存終鍛成 型時所需的材料，有利于桿部5和耳部的成型，同時凸臺14增加了制坯的體積，避免了擠壓 制坯時沿水平分模面周邊產生毛刺；長耳8型腔深且窄，充型困難，同時長耳8處很容易產生高壓氣阻礙此處的金屬流動，為此在長耳8頂平面上設置兩個儲氣槽17來容納高壓氣， 同時長耳8處頂桿18和頂桿孔之間的間隙可以排氣，減小了此處金屬的流動阻力；凸臺14 兩側與法蘭盤4交接處設計成與水平面夾角為30° 40°的斜面16，斜面16與凸臺14、 法蘭盤4相交處圓弧過渡，本例中斜面16與水平面的夾角設計為30°，斜面16逼迫坯料向 桿部5、兩耳部及其它部位充型，有利于擠壓制坯型腔的充型，擠壓制坯擠壓筒19拔模角度 設計為1° 3°，本例中設計為1°的拔模角度，擠壓制坯擠壓筒19高度為40mm 60mm， 本例采用55mm，擠壓制坯擠壓筒19上下模間隙為0. 15mm，這樣增大了金屬流入擠壓制坯擠 壓筒19間隙的阻力，促使金屬流向模具型腔，實驗證明該結構可以更好的保證閉式擠壓制 坯型腔的充型效果好，擠壓制坯后的坯料如圖7、圖8所示；3)、終鍛成型把擠壓制坯后的坯料放在終鍛模具中終鍛成型；鍛件、終鍛模具及其截面剖視如圖2至圖6所示，調用儲存好的閉式終鍛工步的打 擊能量，保證了鍛件的充型質量。終鍛擠壓筒12高度為40mm 60mm，本例采用55mm，如圖 5，終鍛擠壓筒12拔模角度可設計為Γ 3°，本例中設計為1°的拔模角度，終鍛擠壓筒 12上下模間隙為0. 15mm ；此結構逼迫金屬在終鍛模具型腔內流動，終鍛模具型腔充型好， 在鍛件分模面周邊允許產生毛刺。該結構顯著提高了材料利用率，擠壓筒壁還能起鎖扣的 作用進而保證鍛件產品質量。終鍛后鍛件如圖2、圖3所示。附圖中還涉及的標號有擠壓制坯具模下模2、擠壓制坯具模上模13、終鍛模具下 模3、終鍛模具上模11、加強筋10。擠壓制坯、終鍛成型試打確定打擊能量過程如下。擠壓制坯擠壓制坯型腔總體積設計為終鍛型腔總體積的108%，法蘭盤部4厚度 要求為19 19. 5，通過先輕后重逐步增加打擊能量的試打步驟來確定擠壓制坯工步的打 擊能量。本例采用PSH 4.560f型電動直驅螺旋壓力機，其總打擊能量為700KJ。根據經驗 首先設定設備總打擊能量的50%即350KJ，閉式擠壓制坯水平分模面周邊沒產生毛刺，法 蘭盤部厚度為20. 5，設備提供的打擊能量小于坯料塑性變形所需的能量，出現欠壓現象，擠 壓制坯型腔充型不理想。然后依次增加設備總打擊能量的5%即增加35KJ的打擊能量來試 打；當打擊能量增加到455KJ時，水平分模面周邊產生毛刺；減小設備總打擊能量的2%即 打擊能量為441KJ來試打，擠壓制坯型腔充滿了 93%左右，無毛刺產生，達到擠壓制坯的要 求，再減小該打擊能量的即減小4. 41KJ來連續試打，均達到了擠壓制坯的要求。通過上 述試打效果確定擠壓制坯的打擊能量為436. 6KJ，儲存該打擊能量的程序以供批量生產時 調用。終鍛成型通過先輕后重逐步增加打擊能量的試打步驟來確定終鍛工步的打擊能 量，根據經驗首先設定設備總打擊能量的35%即245KJ，出現欠壓的現象即終鍛的上、下模 沒閉合，設備提供的打擊能量小于金屬塑性變形所需的能量，終鍛型腔充型不理想。然后 依次增加設備總打擊能量的5%即增加35KJ的打擊能量來試打；當打擊能量增加到315KJ 時，上下模具閉合，充型飽滿，沿分模面周邊部分出現毛刺；在315KJ打擊能量的基礎上增 加2%即增加6. 3KJ來試打，充型效果好，分模面周邊出現毛刺，此時打擊能量為321. 3KJ， 連續鍛打均達到預期效果；若打擊能量增加到350KJ時，終鍛成型效果好，鍛件質量達到預 期效果，但終鍛成型時設備振動嚴重，終鍛工步設定的打擊能量偏大，設備負荷大、折舊快。 通過上述試打效果確定打擊能量為321. 3KJ，儲存該打擊能量的程序以供批量生產時調用。
完成全部鍛造工藝后，進行打磨等工序。 模具設計及鍛件加工過程中除上述特別要求之外，其它按常規設計規范進行。
權利要求
一種轉向節閉式鍛造工藝，采用中頻加熱爐加熱圓形棒料至鍛造工藝所需溫度，在鐓粗臺上鐓粗，然后把鐓粗后的坯料放在擠壓制坯模具中擠壓制坯，再轉入終鍛模具中終鍛成型，其特征在于采用閉式鍛造工藝，在電動直驅螺旋壓力機上進行鍛造，擠壓制坯模具、終鍛模具均為閉式結構，轉向節的桿部(5)放在上模，耳部放在下模，桿部(5)的尾端(6)拔模角度為1°～3°，桿部(5)其余部分設計成錐桿(7)，在擠壓制坯模具中錐桿(7)與法蘭盤(4)交接處設計成與水平面夾角為18°～30°的圓錐面(15)，在擠壓制坯模具下模(2)型腔較深的長耳(8)頂部設置有儲氣槽(17)，兩耳之間設計有凸臺(14)連接兩耳，凸臺(14)凸出法蘭盤(4)35mm～50mm，凸臺(14)兩側與法蘭盤(4)交接處設計成與水平面夾角為30°～40°的斜面(16)，擠壓制坯模具型腔總體積比終鍛模具總體積大8 10％，擠壓制坯模具、終鍛模具上下模擠壓筒的拔模角度設計為1°～3°，高度設計為40mm～60mm，間隙設計為0.15mm，擠壓制坯、終鍛成型均有試打步驟，即通過實際調試來確定所需的打擊能量，按照先輕后重逐步增加打擊能量的步驟試驗出適當的打擊能量，并儲存該打擊能量的程序以供批量生產時調用，擠壓制坯試打時，當逐步增加打擊能量至擠壓制坯所得到的坯料剛剛出現毛刺時，即減小打擊能量，至沒有毛刺出現，在此打擊能量值上再減小2 3％確定為擠壓制坯的打擊能量值，終鍛成型試打時，逐步增加打擊能量至終鍛成型所得到的鍛件剛剛出現毛刺時，在此打擊能量上再增加2 3％確定為終鍛成型的打擊能量值。
全文摘要
一種轉向節閉式鍛造工藝，屬于機械加工領域中的汽車轉向節鍛造，克服原有工藝需要有切邊等工序，金屬消耗大、材料利用率低等缺點，采用閉式鍛造工藝，在電動直驅螺旋壓力機上進行鍛造，擠壓制坯模具、終鍛模具均為閉式結構，轉向節的桿部放在上模，耳部放在下模，擠壓制坯、終鍛成型均有試打步驟，通過實際調試來確定所需的打擊能量，并儲存該打擊能量的程序以供批量生產時調用，等一系列技術方案，用三個鍛造工步實現轉向節的無飛邊鍛造，節約了預鍛、切邊、校正等工序，并且提高了轉向節的鍛造材料利用率、減少了模具投入、提高了生產效率、降低了生產成本。
文檔編號B21K5/00GK101972835SQ20101028521
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月10日 優先權日2010年9月10日
發明者曹世金, 楊杰, 胡道財, 陳天賦 申請人:湖北三環鍛造有限公司