前軸板簧座校正壓平不加工技術(shù)研究

文/孫文東，岳鎮(zhèn)，王志亮·一汽鍛造（吉林）有限公司

前軸板簧座校正壓平不加工技術(shù)研究

文/孫文東，岳鎮(zhèn)，王志亮·一汽鍛造（吉林）有限公司

孫文東：質(zhì)保部鍛造工藝員，主要從事前軸、曲軸、轉(zhuǎn)向節(jié)等產(chǎn)品的鍛造工藝開(kāi)發(fā)工作，參與設(shè)計(jì)的前軸校正壓平項(xiàng)目獲得一汽集團(tuán)“我要當(dāng)明星”活動(dòng)個(gè)人明星獎(jiǎng)。

前軸在整車(chē)中承擔(dān)承重、支承、轉(zhuǎn)向的功能,屬于汽車(chē)上重要零部件，板簧座是前軸加工、裝配以及功能實(shí)現(xiàn)的核心部位。

近年來(lái)在汽車(chē)行業(yè)輕量化和節(jié)能減排發(fā)展趨勢(shì)引導(dǎo)下，主機(jī)廠對(duì)鍛件的精度和加工量要求不斷嚴(yán)苛，對(duì)毛坯的精密鍛造技術(shù)提出了更高的要求。乘用車(chē)前軸校正壓平不加工技術(shù)（下文以校正壓平技術(shù)代替）正是在這種背景下誕生的，此技術(shù)在歐美已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，但是在國(guó)內(nèi)尚屬空白。一汽鍛造（吉林）公司立項(xiàng)以來(lái)，歷時(shí)數(shù)年攻關(guān)，成功研發(fā)出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的校正壓平技術(shù)，拉近了與國(guó)際鍛造行業(yè)先進(jìn)水平之間的距離。圖1所示為前橋總成示意圖。

圖1 前橋總成示意圖

問(wèn)題描述

前軸板簧座的傳統(tǒng)機(jī)加工工藝會(huì)破壞鍛件流線，造成加工面與非加工面交界處應(yīng)力集中，增加了失效風(fēng)險(xiǎn)，前軸失效形式也多數(shù)發(fā)生在板簧座部位。而校正壓平技術(shù)不僅直接減少了兩道加工工序（圖2、圖3），降低了加工成本，提升了加工效率，而且保持了板簧座鍛造組織和流線的完好，避免了異常失效風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)于整車(chē)競(jìng)爭(zhēng)力的提升意義非凡。

圖2 前軸板簧座正面加工

圖3 前軸板簧座背面加工

工藝方案

校正壓平技術(shù)由鍛模工藝、切邊模工藝及校正壓平模工藝三部分組成，下文將進(jìn)行逐一介紹。

鍛模工藝

一汽鍛造（吉林）公司依據(jù)自身豐富的前軸熱模鍛開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)大量CAE以及生產(chǎn)驗(yàn)證之后，對(duì)傳統(tǒng)工藝進(jìn)行了以下創(chuàng)新：前軸板簧座正面/背面拔模角一般為3°～5°，為適應(yīng)校正壓平技術(shù)的需要，將拔模角減小為1.5°～2°。其設(shè)置作用：

⑴金屬向型腔內(nèi)流動(dòng)的阻力變小，有利于板簧座的充滿(mǎn)。

⑵校正時(shí)板簧座體積變形量減少，能夠有效減小校正力，降低壓平實(shí)現(xiàn)難度，減少校正模具磨損。

法蘭寬度、厚度尺寸補(bǔ)償設(shè)計(jì)

校正過(guò)程中，板簧座正面、背面拔模角在校正力作用下壓平，法蘭寬度及法蘭厚度均會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變。利用體積不變?cè)瓌t，可以精確計(jì)算出終鍛件法蘭寬度及厚度尺寸。其設(shè)置作用：

⑴減小終鍛件板簧座體積，降低充滿(mǎn)難度。

⑵校正時(shí)參與變形的體積減少，降低壓平實(shí)現(xiàn)難度，減少校正模具磨損。

⑶避免壓平后因?yàn)榉ㄌm的展寬以及厚度變化導(dǎo)致的尺寸不合格。

法蘭外圓角補(bǔ)償設(shè)計(jì)

校正壓平時(shí)，法蘭外圓角由于受到擠壓會(huì)變小1～2級(jí)，相應(yīng)的終鍛件設(shè)計(jì)時(shí)法蘭外圓角可增加1～2級(jí)。圖4所示為前軸板簧座截面示意圖，其設(shè)置作用：

⑴確保壓平后法蘭圓角合格。

⑵改善終鍛件充滿(mǎn)。

⑶降低模具法蘭開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，提高模具壽命。

切邊工藝

根據(jù)校正壓平技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)切邊工藝實(shí)施了以下改進(jìn)：

⑴板簧座刃口線內(nèi)收0.8～1mm（圖5），目的是去除殘留飛邊，避免校正壓入鍛件影響平面度。

⑵采用波浪形刃口設(shè)計(jì)（圖6），分散切邊力，減小板簧座切邊變形。

圖4 前軸板簧座截面示意

圖5 凹模刃口線提取示意圖

圖6 凹模波浪型刃口示意圖

校正壓平工藝

校正壓平工藝開(kāi)發(fā)是整個(gè)技術(shù)的核心和難點(diǎn)所在。開(kāi)發(fā)過(guò)程中不僅要充分應(yīng)用油壓機(jī)工作原理，而且要研究液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、氧化皮去除機(jī)構(gòu)之間的相互作用，缺一不可。圖7所示為校正壓平模具裝配簡(jiǎn)圖。

工藝應(yīng)用之初，先后出現(xiàn)鍛件落差不合格，拳部位置偏離對(duì)稱(chēng)面（下文均以“歪頭”代替）現(xiàn)象，板簧座表面氧化坑等一系列問(wèn)題，下文將做逐一介紹。

圖7 校正壓平模具裝配簡(jiǎn)圖

⑴落差不合格。

樣件試加工過(guò)程，廢品總數(shù)的30%由落差不合格導(dǎo)致。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，落差值集中分布在小于名義尺寸3mm左右。

通過(guò)CAE及現(xiàn)場(chǎng)觀察模具運(yùn)行軌跡，發(fā)現(xiàn)鍛件在下模體定位后，板簧座背面處于支撐狀態(tài)，而拳部處于懸空狀態(tài)；上模體下落過(guò)程中拳部上面最先接觸到校正塊，此時(shí)前軸處于“扁擔(dān)狀”受力狀態(tài)，這正是導(dǎo)致落差偏小的真因所在。

針對(duì)真因?qū)ΠY下藥，對(duì)校正模進(jìn)行如下更改：將下側(cè)拳部支撐塊整體加厚3mm（圖8），相應(yīng)的上側(cè)校正塊減薄3mm（圖9），經(jīng)驗(yàn)證更改后落差得到了有效控制，完全符合產(chǎn)品要求。

圖8 拳部支撐塊

圖9 拳部校正塊

⑵拳部歪頭。

前軸歪頭是在出模變形、切邊變形及工序轉(zhuǎn)序間碰撞等因素共同作用下產(chǎn)生的。

為了遏制此缺陷，在校正壓平模具拳部位置兩側(cè)增加限位塊，結(jié)合校正塊的倒V型設(shè)計(jì)（圖10），以五個(gè)限位面來(lái)校正拳部，效果顯著，徹底解決了歪頭問(wèn)題。

圖10 限位塊示意圖

⑶板簧座表面氧化坑。

氧化皮在校正下模型腔內(nèi)堆積，校正壓平時(shí)壓入鍛件表面，拋丸后形成氧化坑。螺栓把緊區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)氧化坑有以下危害：

1)導(dǎo)致螺栓墊片無(wú)法貼緊壓窩平面（圖11），螺栓存在脫落風(fēng)險(xiǎn)。

圖11 板簧座把緊位置氧化坑

2)螺栓把緊空隙處易進(jìn)入雜物，形成腐蝕，造成螺栓扭矩不足，存在異常失效風(fēng)險(xiǎn)。

要解決氧化坑的危害，必須確保氧化皮在校正前得到清除。一汽鍛造（吉林）公司結(jié)合校正設(shè)備特點(diǎn)，研制出一套有效的氧化皮去除機(jī)構(gòu)，其工作原理如下：通過(guò)一條管路與校正機(jī)的壓縮空氣及循環(huán)水系統(tǒng)連接，通過(guò)分路器分流出四個(gè)出風(fēng)口，與四個(gè)法蘭校正塊位置一一對(duì)應(yīng)，此機(jī)構(gòu)由程序控制，在每次校正工序完成后，自動(dòng)將模具型腔內(nèi)氧化皮吹凈。氧化皮去除機(jī)構(gòu)的應(yīng)用不僅解決了螺栓把緊區(qū)域氧化坑問(wèn)題，而且能夠使校正模保持恒定的工作溫度，在保證鍛件質(zhì)量的同時(shí)也提高了模具壽命。

⑷其他問(wèn)題

校正壓平模體調(diào)試過(guò)程中先后出現(xiàn)過(guò)液壓回程不到位，無(wú)報(bào)警裝置等問(wèn)題，解決過(guò)程如下：

1)在模具運(yùn)動(dòng)夾緊過(guò)程中由于液壓缸行程過(guò)長(zhǎng)，出現(xiàn)液壓回程不到位情況。經(jīng)過(guò)模具運(yùn)動(dòng)空間測(cè)算，將液壓行程由50mm縮短至20mm，改進(jìn)后問(wèn)題解決。

2)出于安全考慮，加裝限位開(kāi)關(guān)，法蘭下校正塊動(dòng)作到位碰觸開(kāi)關(guān)后發(fā)出信號(hào)，設(shè)備接收信號(hào)后上滑塊開(kāi)始下行，改進(jìn)后安全隱患消除，保證了工序安全。

效果驗(yàn)證

經(jīng)過(guò)以上措施的實(shí)施，我公司對(duì)校正壓平技術(shù)的掌握日趨成熟。解放J6自卸車(chē)和J7牽引車(chē)前軸校正壓平樣件的小批量裝車(chē)，路試驗(yàn)證等測(cè)試均順利通過(guò)，各種性能表現(xiàn)優(yōu)異，得到了集團(tuán)及解放主機(jī)廠的高度認(rèn)可。目前這兩個(gè)前軸品種的校正壓平工藝已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，為解放商用車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力提升提供了有力支撐。

結(jié)束語(yǔ)

前軸板簧座校正壓平不加工技術(shù)是國(guó)內(nèi)鍛鋼前軸的發(fā)展趨勢(shì)。該技術(shù)的應(yīng)用能夠大幅提升鍛鋼前軸的產(chǎn)品附加值，對(duì)于整車(chē)競(jìng)爭(zhēng)力的提升具有戰(zhàn)略意義，未來(lái)市場(chǎng)前景不可估量。