汽車前軸輥鍛成形工藝分析

甘宏宇 謝杰鋒

摘要：隨著汽車制造行業(yè)的不斷發(fā)展，汽車前軸制造工藝也取得了一定的進步，目前來說較為常用的前軸制造工藝是輥鍛成形工藝，但是相關(guān)學(xué)者的研究和經(jīng)過實踐檢驗表明，這種前軸的制造工藝普遍存在著展寬難度大、產(chǎn)生不均勻變形等一系列問題。本文主要研究和分析了中噸位的汽車EQ142 汽車前軸的輥鍛成形工藝，本文中的輥鍛成形工藝主要使用大型的輥鍛機軋出展直的輥軋件，隨后經(jīng)過一系列的整形、切邊、定長彎曲、熱校正成形等加工，制作出汽車的前軸，這種方法具備著投資少， 成本低， 加工周期短和鍛件質(zhì)量高等優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：汽車；前軸；輥鍛成形工藝

一、汽車前軸的結(jié)構(gòu)特點及工藝分析

（一）汽車前軸的結(jié)構(gòu)特點

汽車的前軸一般都是一種具備彎曲軸線的工字型結(jié)構(gòu)，形狀呈細(xì)長。從其沿彎曲軸線走向的截面我們可以看出，其截面的變化較大，且呈工字型，其腹板相對較薄，筋條窄且深。

（二）汽車前軸輥鍛工藝分析

對于汽車前軸的輥鍛工藝來說，其主要的特點就是應(yīng)用輥鍛機來對金屬體積進行一定的分配，最終達到工字型截面中的筋達到相關(guān)鍛件圖的要求和標(biāo)準(zhǔn)。其中主要工序分為三道：第一道是制坯輥鍛， 主要是為了解決軸線沿線的金屬體積分配以及寬展等一系列問題，使得托板部位的寬度符合要求；第二道則是預(yù)成形輥鍛，這道工序的主要任務(wù)就是解決前軸長度方向的分配金屬體積問題及其預(yù)成形問題；第三道工序就是終成形輥鍛，在這個工序中，整個截面的基本已經(jīng)成型，同時其兩端頭的部位保留一定的整形空間和余量。

汽車前軸的輥鍛變形過程實際上就是一種局部的、近乎與靜壓的、連續(xù)且非封閉的變形過程，可以實現(xiàn)金屬沿著鍛件的長度方向進行延伸的目標(biāo)，這種輥鍛工藝普遍適合那些長寬比較大的汽車前軸鍛件， 這種工藝不僅有利于提升金屬縱向的分布率，同時還可以降低鍛件毛邊所使用材料的數(shù)量，更是最大程度的延長了汽車前軸鍛件的使用壽命。

但是這種輥鍛工藝也存在著一定的缺點，那就是在輥鍛產(chǎn)生變形的過程中，由于金屬的展寬和聚料相對較為困難，使得截面變化較大、托板高寬較大的一些前軸鍛件的成形較為困難；同時汽車前軸主銷孔的定位凸臺和托板四角R成形起來也比較困難，因此這就需要在輥鍛成形之后進行相應(yīng)的整形工作【1】。

綜上所述，我們可以看出，充分應(yīng)用輥鍛工藝來設(shè)計和生產(chǎn)企業(yè)的前軸鍛件是比較合理且行之有效的。

三、前軸鍛件輥鍛工藝設(shè)計及計算

（一）前軸輥鍛件輥鍛生產(chǎn)工藝流程【2】

一般來說，其主要的生產(chǎn)流程為：下料——加熱——輥鍛制坯——整形——切邊——定長彎曲——熱校正和熱處理——冷校正——吹氧化皮——檢驗入庫。

（二）設(shè)計鍛件圖

本文以EQ142汽車為例，其前軸的鍛件圖如下圖1所示：

（三）設(shè)計輥鍛件圖

如果采用輥鍛工藝來進行鍛件的生產(chǎn)，那么在其成形方面要想達到與鍛件圖完全一致是不可能的，最終只能生產(chǎn)出截面大致相同的鍛件。因此這就要求必須從鍛件圖出發(fā)，將不能通過輥鍛工藝直接得到的部位（一般為拳頭、定位凸臺及其彎曲的部分）進行一定的改良和完善，最終使其完全滿足輥鍛成形的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

（四）繪制輥鍛件截面圖

輥鍛件的截面圖可以在一定程度上真實的體現(xiàn)出該鍛件各個截面的面積其體積分布和變化情況，是確定輥鍛工藝、設(shè)計模具、原材料毛坯的選用、輥鍛道次的確定以及設(shè)計預(yù)成形型槽、制坯型槽等最為主要的基礎(chǔ)和依據(jù)，本文所繪制的汽車前軸輥鍛件截面圖如圖2所示。

（五）確定下料規(guī)格

1.下料直徑

一般來說，毛坯截面面積要比輥鍛件的最大截面要大，而且如果鍛件形狀比較復(fù)雜，那么經(jīng)過的輥鍛道次也就越多，那么截面增大系數(shù)K也就越大，這也就是說必須要經(jīng)過較多次數(shù)的道次輥鍛成型。具體數(shù)據(jù)如下所示：

截面增大系數(shù)K=1.8，下料直徑D=4F/3.14=4KFmax/3.14=127mm，取整數(shù)為D=130mm。

2.下料長度

下料的長度可以用一下公式表示，即：

F0代表下料的截面積；V0代表相關(guān)鍛件的體積；Vm代表著飛邊的體積；δ則表示燒損率（一般為3%）。綜合考慮實際生產(chǎn)的一系列因素，下料長度選取為580mm。

（六）確定輥鍛道次

確定輥鍛道次的多少一般收到金屬的延伸量和鍛件成型的難度影響，用公式可表示為：

其中A代表延伸總系數(shù)，A=4.57；B代表著，B=2.2。

通過上述公式的計算，我們可以得知，EQ142汽車前軸需要2個道次的輥鍛就可以基本完成，但是實際的生產(chǎn)過程中，由于鍛件形狀復(fù)雜、截面變化大等多種因素的影響，使得輥鍛彈簧托板成形較難，再加上金屬流動而導(dǎo)致的不穩(wěn)定性的影響，必須要在增加一道制坯輥鍛工序來進行處理，因此EQ142汽車前軸的生產(chǎn)一般需要經(jīng)過選用制坯——預(yù)成形——終成形輥鍛3個道次完成。

四、生產(chǎn)實踐

與傳統(tǒng)的模鍛生產(chǎn)工藝相比，輥鍛生產(chǎn)過程中金屬充填性和鍛造穩(wěn)定性更容易受到各方面因素的影響。在進行第一道次的輥鍛處理時，如果嚴(yán)格保證始鍛的溫度、相關(guān)模具預(yù)熱和潤滑，在強制展寬阻力槽以及禮帽型型槽的影響下，其展寬量的足夠的；在進行第二道次的預(yù)成形工序時，可以充分發(fā)揮出制坯件尾部的定位作用，使“拳頭”可以在尾部的位置成型；在第三道次的終成形階段時，可以以“拳頭”作為送進坯料的定位基準(zhǔn)，最終在其尾部可以使得第三個“拳頭”成形。這種以送料方向改變的方式來實現(xiàn)前后壁變換的目的，不僅可以促進“拳頭”托板的成形，同時還可以最大程度的實現(xiàn)輥鍛件長度的有效控制。

在進行輥鍛工藝生產(chǎn)EQ142汽車前軸的過程中，要注意以下幾點：

第一，輥鍛工藝的三個道次的輥鍛，均是采用強制咬入的方式進行；

第二，模具最適宜的預(yù)熱溫度一般在200-300℃作用均勻預(yù)熱；

第三，在輥鍛過程中所使用的潤滑劑一般是石墨+廢機油或者是水基石墨潤滑劑，同時在工藝的開展過程中要時刻注意潤滑是否到位、潤滑劑的濃度是否符合；

第四，輥鍛的過程中還要恰當(dāng)使用強制異向裝置，使得毛坯各部分的截面和模具相對應(yīng)的型腔保持吻合狀態(tài)；

第五，在進行輥鍛時，還要注意對溫度進行一定的控制，一般來說EQ142汽車前軸第一道次的溫度在 1050℃左右，第二道次保持在950℃上下，而第三道次不能少于850℃；。

第六，如果要想生產(chǎn)出高質(zhì)量的前軸鍛件，必須要經(jīng)過反復(fù)的調(diào)試和改善方能完成，切忌不可制造和設(shè)計出一套輥鍛模就完全投入使用。

參考文獻：

[1]蔣鵬，方剛，胡福榮，等.汽車前軸精密輥鍛成形過程的數(shù)值模擬[J].機械工程學(xué)報，2005，（6）：123-127.

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