汽车转向节的锻造工艺

文章编号167201212O12OL一005804汽车转向节的锻造工艺L“,T翔中国重汽锻造厂，山东济南250116摘要以斯太尔转向节为例介绍了立式锻造转向节工艺；以沃尔沃转向节为例介绍了卧式锻造转向节工艺；以某轻型汽车转向节为例介绍了锻造带转向臂转向节工艺。叙述了锻造转向节的设备、生产中出现的质量问题及对热处理要求，最后对锻造生产转向节的经济效益进行了分析。关键词机械制造；模锻；转向节；工艺分析；汽车中图分类号TG315文献标识码B1前言转向节是汽车的保安件，如果它出问题，将会出现车毁人亡的重大事故。汽车转向节几何形状复杂，属于复合类锻件，由叉类、盘类、杆类三部分组成。锻造工艺需兼顾三种锻件的成形特点，被锻造行业公认为复杂锻件。现在有一些汽车的转向节还增加了转向臂和横拉杆臂，结构更为复杂图5，目前这种转向节在面包车和轻型车使用较多，也有个别重型汽车使用这样结构的转向节。图3所示是某轻型车的转向节，它的结构很特殊，锻造难度较大。过去转向节锻造大都使用3T、5T、10T模锻锤、13TIN双动锤和一些其他锻造设备，但生产效率低、产品质量差。改革开放以后，我国的汽车产量每年都以两位数字的速度增长，转向节的需求量也飞速增加，过去的生产方式已经不适用于现代化和大批量生产的需要。自东风汽车公司建厂开始，我国陆续购置了热模锻压力机，配置了中频电炉，东风汽车公司成功地开发了使用热模锻压力机锻造生产转向节的工艺，开创了热模锻压力机锻造转向节的新纪元，改变了我国生产转向节的落后局面。20世纪90年代初期，济南汽车制造总厂和北京机电所、中国重机公司合作开发了立式锻造转向节挤压生产_丁艺，使锻造转向节工艺向前迈进了一大步。图3结构特殊的转向节图2东风汽车转向节图5某轻型车转向节图4沃尔沃汽车转向节带有转向臂，在下文中单独介绍。斯太尔系列、北方奔驰系列、曼系列、南京依维柯面包车、全顺面包车等车型的转向节需要采用立式锻造的方法生产；沃尔沃系列、日产柴系列、美驰系列、东风系列、解放系列一部分车型的转向节需要采用卧式锻造的方法生产。经过锻造技术人员近20年的努力，立式锻造转向节，采用闭式预锻一开式终锻的生产工艺已经普及，有关工厂、科研所和大专院校对立式锻造转向节总结了许多经验，现在国内立式锻造转向节的工艺水平已经达到先进工业国家的水平。卧式锻造转向节和立式锻造转向节在工艺和模具上又有很大的区别，目前国内对前者研究相对较少。2转向节锻造工艺流程材料检测一下料锯床一加热一制坯一预锻一终锻一切边一校正一冷却后转热处理。立式锻造的制坯工序为镦粗一闭式挤压。卧式锻造的制坯工序为拍扁一调头拍扁。工艺的可靠性是稳定生产的核心。设计锻造转向节生产线或机组涉及许多领域，需要多学科的配合。其中工艺设计是工厂设计的第一步，即工艺设计是锻造生产的基础。在工艺设计中，模具的设计、变形力的计算、材料定额、热处理要求、质量稳定性、经济效益等数据，是选择生产方式、锻造设备、加热设备、下料设备，切边整形设备、机NT、热处理设备的重要依据。还是确定生产效率和保证产品质量的前题。3锻造设备锻造转向节使用什么设备要根据生产批量而定，目前有三类设备可以选择。一类是模锻锤，这一类设备只适用于小批量生产，而且工艺落后，产品质量也较低，不适于现代化的需要，但投资较少。第二类是螺旋压力机或液压机，这一类设备也只能用于中、小批量生产。第三类就是热模锻压力机，大批量生产转向节使用热模锻压力机最为适宜，目前，世界上大多数锻造厂都在使用热模锻压力机锻造转向节。热模锻压力机可设置多个型槽，设备有下死点，可提高模具寿命，热模锻压力机一个行程完成一个工序，工作可靠、生产效率高、易于实现自动化生产、受其他因素影响小、锻件质量稳定，缺点是设备投资较大。各种车型转向节锻造使用热模锻压力机顿位各异依维柯面包车、全顺面包车等使用20000KN25000KN级。中型汽车使用40000KN级。沃尔沃、斯太尔载重车和北方奔驰使用63000KN级。4锻造准备M序41材料快速检测因为转向节对于汽车行驶的安全至关重要，因此，建议在材料进入下料车间前，应做成份快速检测，定性检查每一根料的主要成份。每根检测时间很短，只需几秒钟。42下料方式锻造转向节使用的材料粗而短，而且对材料端面要求较高，需采用锯床下料。比较先进的方法是选用高速锯床下料。高速锯床每分钟可下转向节料3块，而且可以把上一块下料的重量公差，反映到下一块的下料程序上，自动调节下料长度。另一种下料方式是旋转剪切，这种剪切方法不会出现马蹄形，如果是专业化锻造转向节的工厂，采用专用的加热方式，可以采用旋转剪切下料方式。43加热工序加热的方式有电炉和煤气天然气两种能源，在有条件的地方优先选用电炉加热的方式。采用电炉加热优点很多，操作方便，能量利用率高，加热质量好，对周围环境污染较小。虽然一次性投资大，但综合经济效益高。5转向节锻造工艺考虑到汽车转向节的工作条件和重要性，转向节材料，一般使用中碳低合金钢，常用42CRMO方型或圆型热轧钢，或相当于42CRMO的材料，也有少数厂家使用4OCT。无论哪一种转向节，都是由叉部、盘部和杆部组成，现在有一些转向节还增加了转向臂和横拉杆臂，结构更为复杂。转向节各部截面相差悬殊。叉部左右不对称，杆部细而长，长径比约为4，占转向节总高度的23。从整个形状看，叉部和杆部有一定的夹角。锻造的关键在于，终锻前制坯必须合理，这样才能满足终锻成形要求。51立式锻造工艺以图1所示的斯太尔转向节为例锻件材料42CRMO，锻件重32KG，杆长220MM，锻件技术条件要求符合DIN7526E级标准。两班制生产，全年需求量400000件，属中型锻件特大批量生产。根据斯太尔转向节的的形状，只能采用立式锻造。从工艺的先进性、可靠性和操作自动化诸因素分析，闭式挤压工艺最为先进，工艺质量稳定、生产可靠、班产量高，同时便于实现机械化操作。因此，确定工艺流程镦粗一闭式挤压一预锻一开式终锻。由于转向节锻件重量较大，锻造设备工作台面较宽，操作距离长，故转向节锻造工序采用两台机械手操作。当加热后的坯料出炉到达指定位置，第一台机械手把热坯料送到压力机第一工位进行镦粗，镦粗的目的是清除氧化皮，镦粗后再由第一台机械手夹序置兀工各再终手操作，生产效率比锤上高得多，也比没有机械手方便得多，同时也减少了操作人员，减轻了212人的劳动强度，提高了生产效率。目前，世界上有百余条25000KN63000KN热模锻压力机转向节生产线或机组。中国重汽锻造厂转向节的挤压工艺已经达到国际水平，在国内也有许多生产厂家采用此工艺。关于在生产中是否使用机械手问题，要据具体情况而定，当然全自动化，高起点的生产线最好，但在很多情况下，机械手也有不如人工操作的时候，因此，设计生产线不一定要全自动化，就是在先进的22业国家也是如此。在瑞典VOLVO锻造厂，160000KN热模锻压力机生产线是全自动化，而40000KN生产转向节还是手工操作。锻造生产自动化问题要根据产量、质量、安全生产、效益诸方面考虑。从近二十年的生产经验来看，对斯太尔汽车转向节而言，如在工艺和设备做某种改动以后，镦粗工序和预锻工序可以省去。这样整个生产过程就缩短一半。目前，这条生产线，每分钟生产一个锻件，如把电炉加大一些，使用2000KW3000KW电炉，一分钟生产两件到三件是可能的，产量会翻一翻。52卧式锻造工艺有些汽车的转向节图2、图4由于形状的原因，只能采用卧锻的方法完成。过去国内热模锻压力机卧锻生产汽车转向节工艺采用压扁一二次调头，翻转90。压扁一预锻一终锻成形。生产效率较低，22人劳动强度较大。笔者通过与美驰车桥厂交流，他们卧式转向节采用两道工序闭式挤压一终锻。材料利用率锻件重原材料重约在85。瑞典沃尔沃锻造厂锻造的转向节图4，材料42CRMO，卧式锻造工序为闭式预锻一开式终锻。沃尔沃锻造厂锻造转向节使用美国克林宁公司生产的40000KN热模锻压力机。加热后坯料由滑道传到指定位置后，人工夹起坯料放到闭式预锻模中，压力机压下完成预锻工序，然后人212翻转放入终锻型槽，压力机最后锻造成形。终锻型槽水平分模，人送度形用超热均匀，杆部尾端飞边很小，但产品成形好，说明金属材料的分配尚好，但不富裕。在热挤压过程中，立式挤压和卧式挤压的模具是不同的，立式挤压是先挤转向节杆的尾部，而卧式挤压则是先挤杆的根部。沃尔沃锻造厂坯料加热后，没有清氧化皮工序，从锻件上看氧化皮很少，这说明他们的加热速度很快，时间很短，形成氧化皮很少，加热炉功率2500KW3000KW。估计他们在加热过程中采用了还原性气体。沃尔沃重型汽车转向节杆部不太长，约在220MM左右。但现在汽车行业中还有一种汽车的转向节的杆部比较长，虽然这种汽车数量比较少见，但也代表一个方面。象杆部很长的转向节在闭式挤压前，如果没有一个制坯工序，它的杆部很可能挤不出来，因此，增加一个成形镦粗或拍扁工序是有必要的。但是否保留成形镦粗或拍扁工序，还得根据具体情况而定。53带转向臂的转向节锻造工艺图5所示是某轻型汽车的转向节，是典型的带有转向臂的转向节。除了具备一般转向节的特点外，还多了一只臂。根据其几何形状，多数采用立式锻造成形工艺。也有少数采用卧式锻造的方法。由于形状复杂，金属分配更困难，一道闭式挤压工序几乎不能使金属分配达到理想的要求，因此，很多情况下，要设置成形镦粗或制坯工序。采用三道工序完成第一制坯工序，第二闭式挤压，第三终锻成形。制坯工序不仅要清除氧化皮，更重要的是进行金属材料的初次分配，为闭式挤压做准备工作；闭式挤压的目的是进一步分配金属，使闭式挤压后的锻坯接近锻件形状；终锻只是使毛坯达到图纸要求的过程。转向节在25000KN热模锻压力上锻造，坯料加热后，通过滑道送到压力机旁，由人工夹起放人第一工位进行成形镦粗，此时主要完成叉部的金属分配，同时又为挤压杆部和转向臂聚集金属。然后下顶杆顶出锻件，由人工将坯料翻转90。送到第二个工位，作闭式挤压，完成转向臂的金属分配，为杆部的成形储备金属，此时杆部仍未完全成形。挤压工序的变形力约在18000KN左右；然后人工再将坯料送到第三道工位，压力机使杆部、转向臂和叉部全部成形，完成锻造工序。整个锻造过程一火完成，时间约半分钟。在这三个工序中，成形镦粗和挤压工序的设计思想是每一道工序完成转向节的一个部位金属分配，同时又为下一道工序的金属成形做材料储备。成形锻件由人工推出压力机，传送带送切边工序。6后续锻造工序1切边工序以斯太尔转向节为例斯太尔转向节的切边和校正在一台设备上完成，人工操作。切边力约2000KN左右，校正力约在4300KN左右。切边模凹模在上，凸模在下，切边时，带飞边的锻件放在凸模上，凹模下行切掉飞边，凹模中的顶出机构将转向节从凹模中顶出。下置凸模与锻件是平面接触，贴合面非常好，切边时锻件不动，凹模和毛边上、下运动。因此，锻件变形小。卧式转向节切边工序为减小切边变形力，切边凹模设计为梯形结构。2校正工序以斯太尔转向节为例斯太尔转向节校正工序的目的是校正转向节盘部和杆的几何关系。由于切边模的凹模倒置，转向节主要变形在盘部，故校正模的设计以压平盘部为主。校正后的转向节在料箱内进行堆冷。立锻切边和校正工序一般设计在一台设备上，吨位在5000KN8000KN。由于切边和校正的行程比较大，所以标准规格的曲柄压力机的行程空间不够，需要改变设备参数，加大曲柄的尺寸，随之切边压力机要做一系列的改动，比较麻烦。如果使用油压机更为方便，因为在油压机制造时，要改变滑块行程是件很容易的事。在沃尔沃锻造厂，由于切边模具制造相当精确，卧式转向节切边后，不需要进行校正工序。3转向节锻后对热处理要求以斯太尔转向节为例转向节锻造和热处理密切相关，转向节金属组织关系到整车安全性和可靠性，因此，锻造要对热处理提出技术要求。以斯太尔转向节为例来阐述对转向节锻件的热处理要求斯太尔转向节锻后不需进行正火处理，直接进行调质处理。沃尔沃转向节也是直接进行调质处理。斯太尔转向节调质后要求抗拉强度880MPA1030MPA，在杆部规定的位置取样。为了达到节能目的，锻造后冷却到200C以下，即可加热进行淬火处理。为了确保调质质量，一般情况下不允许进行余热淬火。调质处理后硬度为261304HB；金相组织按GBT13320评级，边部14级，心部允许56级。表面脱碳层深度，加工面不得超过实际加工余量的一半，非加212面单边不得大于LMM。转向节热处理后表面要清理氧化皮，任何部位不允许有裂纹、折叠等缺陷。由于该锻件有效厚度差别较大，热处理淬火有开裂倾向。造有所不同，排除的方法也不同。71立式锻造转向节在试生产过程中容易出现中心缩孔、折叠和挤纹三种缺陷。在正常生产中转向节杆部尾端易出现不满模现象。1中心缩孔是由于闭式挤压杆部时，挤出杆部所需的材料主要靠叉部中心的金属来补充。如果叉部中心金属不足以充填杆部，必然要带动周边的金属向下流动，由于金属流动的惯性拉动，会造成预锻毛坯出现缩孔。解决的方法是加大闭式挤压模具上模对应杆部位置的金属，使挤压杆部时有充分的金属流向杆部。2折叠是由于预锻和终锻型腔设计不当所致。3挤纹是由于预锻和终锻的模具圆角设计不当所致。以上两个问题很好解决。4在正常生产时会出现杆部尾端圆角不满模现象，其主要原因是挤压模具预热温度较低；二是模具底部有较多的氧化皮和润滑剂；三是在挤压模具设计时，上模对应杆部位置的金属偏少，使产品质量不稳定。在正常生产中也可能出现杆部尾端圆角不满模现象，但不影响机加工，这样的情况质检部门允许放过。5在正常生产中也可能出现转向节的叉部尖角部位少量不满模的现象，这个问题根据有关技术条件进行处理。72卧式锻造转向节在试生产过程中也容易出现挤纹、折叠、杆部末端不满模现象。1折叠、挤纹产生原理和解决方法同立式锻造。2杆部末端不满模，卧式锻造的不满模现象与立式锻造不完全相同。挤压模具预热温度较低是一个原因，最关键的是卧式锻造的闭式挤压的模具需进一步改进，使金属更易向杆部流动。如确实是因为杆部过长的话，则需增加成形镦粗工序或拍扁工序。8经济效益分析目前，钢材的价格波动较大，其他原材料及工人32时费费7可能出现的质量问题11锻造转向节出现的缺陷，立式锻造和和卧式锻价文章编号167201212012OL一006204浅谈汽车后桥差速器齿轮制造精度的提高峰辽宁省兴城市粉末冶金有限公司，辽宁兴城125100_J同摘要在介绍现代加工技术的基础上，叙述了汽车后桥差动齿轮的锻造工艺和精度控制，以及模具设计加工。关键词机械制造；精锻；齿轮；精度控制；模具中图分类号TG316文献标识码B1前言齿轮在机械设备中应用广泛，加工技术繁多。使用切削加工方法生产齿轮存在着由于金属纤维被切断而使轮齿强度降低，材料利用率低等问题。采用精收稿日期20111019作者简介高峰1980一，男，工程师，从事精锻齿轮的工艺设计研究工作工艺不同，生产