重型汽車轉(zhuǎn)向節(jié)鍛造工藝的研究與應(yīng)用

文／韓海河，王文清，莊志強，周擁軍，唐康·內(nèi)蒙古一機集團富成鍛造有限責(zé)任公司

重型汽車轉(zhuǎn)向節(jié)鍛造工藝的研究與應(yīng)用

文／韓海河，王文清，莊志強，周擁軍，唐康·內(nèi)蒙古一機集團富成鍛造有限責(zé)任公司

轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車上的關(guān)鍵零部件，它既支撐車體重量，又傳遞轉(zhuǎn)向力矩和承受前輪剎車制動力矩，是汽車上的重要安全零件之一。由于大量的市場需求和可觀的技術(shù)附加值，該類產(chǎn)品被技術(shù)先進(jìn)的國家視為專有技術(shù)產(chǎn)品，國內(nèi)各生產(chǎn)廠家也保守其工藝秘密。

如圖1所示的轉(zhuǎn)向節(jié)應(yīng)用于奔馳前驅(qū)動車，其形狀復(fù)雜，尺寸精度要求高，鍛件成形困難，對預(yù)、終鍛模具壽命和鍛件質(zhì)量穩(wěn)定性提出了很高的要求。

重型汽車轉(zhuǎn)向節(jié)一般屬于形狀不對稱、截面變化劇烈、成形難度大的復(fù)雜枝類鍛件，設(shè)計組根據(jù)奔馳前驅(qū)動車轉(zhuǎn)向節(jié)的特點，參考了大量的成熟工藝，結(jié)合我公司的設(shè)備狀況，經(jīng)反復(fù)計算、論證，最終確定了預(yù)鍛、終鍛的成形方案。

預(yù)鍛分析

因省略了制坯工序，故預(yù)鍛需要達(dá)到制坯、預(yù)鍛兩道工序的效果，這就對預(yù)鍛工藝的設(shè)計提出了更高的要求。根據(jù)產(chǎn)品形狀特點，分模面設(shè)計為垂直于桿部且通過筋部及凸臺中心；將桿部各臺階簡化成錐桿，以減小金屬的填充阻力；桿部與法蘭盤面連接處設(shè)計成正擠變形區(qū)，即“漏斗”，以便桿部的正擠成形；因預(yù)鍛成形時，上模外形受鍛件形狀限制筋部較深較窄，故沖頭必須向上抬起一定高度，以減小上模筋部型腔深度。

圖1 奔馳前驅(qū)動車轉(zhuǎn)向節(jié)

圖2 預(yù)鍛充型情況

圖6 終鍛充型情況

圖3 預(yù)鍛件溫度分布

圖7 終鍛件溫度分布

圖4 預(yù)鍛件等效應(yīng)力分布

圖8 終鍛件等效應(yīng)力分布

圖5 預(yù)鍛工步載荷—位移曲線

圖9 終鍛工步載荷—位移曲線

為保證終鍛有足夠的金屬進(jìn)一步填充型腔深處，除增加預(yù)鍛件厚度外，還需在預(yù)鍛件的沖頭部位預(yù)留有一定的金屬，這部分金屬位于鍛件的中心位置，受壓時易于向兩側(cè)法蘭盤和桿部補充金屬且不易流向飛邊。預(yù)鍛充型情況、溫度分布、等效應(yīng)力分布及載荷—位移曲線分別如圖2、3、4、5所示。

終鍛分析

加熱溫度對金屬材料變形抗力的影響非常顯著，要降低鍛造成形力，必須盡可能地提高始鍛溫度。通常將42CrMo的始鍛溫度控制在1180～1220℃之間，考慮該工藝采用中頻爐加熱，加熱時間短，不會產(chǎn)生嚴(yán)重的氧化現(xiàn)象，故設(shè)計組將始鍛溫度提高80℃，即為1260～1300℃，以降低鍛打時坯料的變形抗力。

在小批量試生產(chǎn)時，終鍛桿部頂端有未充滿現(xiàn)象，考慮到預(yù)鍛設(shè)計時增加金屬流向模膛外阻力、減小金屬流向桿部的原則，通過調(diào)整預(yù)鍛、終鍛的打擊能量，增大預(yù)鍛成形比例，以此提高終鍛時金屬充滿模膛的能力，調(diào)整后的參數(shù)可以滿足鍛件充滿要求。終鍛充型情況、溫度分布、等效應(yīng)力分布及載荷—位移曲線分別如圖6、7、8、9所示。

結(jié)束語

根據(jù)奔馳前驅(qū)動車轉(zhuǎn)向節(jié)的形狀特點和實際鍛造條件，設(shè)計組設(shè)計了合理的預(yù)鍛、終鍛工序，同時結(jié)合先進(jìn)的鍛造有限元分析軟件，最終生產(chǎn)出了滿足用戶使用要求的合格鍛件。奔馳前驅(qū)動車轉(zhuǎn)向節(jié)裝車測試結(jié)果表明，鍛件質(zhì)量優(yōu)良，與有限元分析結(jié)果吻合，工藝方案合理，可實現(xiàn)高質(zhì)量、低成本的綠色生產(chǎn)。