專利名稱：轉(zhuǎn)向節(jié)閉式鍛造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機械制造領(lǐng)域的鍛造加工工藝，是一種汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的鍛造生產(chǎn)技術(shù)。
背景技術(shù)：
汽車轉(zhuǎn)向節(jié)是一個承受前輪載荷的重要保安件，它連接著汽車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動 系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)，是汽車前橋總成中的關(guān)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(fù)雜的保安件。汽車轉(zhuǎn)向節(jié)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(zhuǎn)向節(jié)采用臥式鍛造方式即主要變形工步 的鍛擊方向與轉(zhuǎn)向節(jié)桿部軸線垂直。但有一種轉(zhuǎn)向節(jié)的轉(zhuǎn)向限位空間兩側(cè)有加強筋連接兩 耳，此結(jié)構(gòu)使該轉(zhuǎn)向節(jié)必須采用立式鍛造方式即主要變形工步的鍛擊方向與轉(zhuǎn)向節(jié)桿部軸 線平行，如斯太爾91系列重型車用的轉(zhuǎn)向節(jié)。目前國內(nèi)該轉(zhuǎn)向節(jié)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(yù)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(yù)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(chǎn)技術(shù)均采用有飛邊的開式模鍛工藝，該類工 藝生產(chǎn)轉(zhuǎn)向節(jié)時，轉(zhuǎn)向節(jié)的桿部在下模，耳部在上模，生產(chǎn)過程中產(chǎn)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(chǎn)效率高，采用閉式鍛造工藝在電動直驅(qū)螺旋壓力機上鍛造汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的生 產(chǎn)工藝。本發(fā)明的技術(shù)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(zhuǎn)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(qū)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(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向節(jié)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(shè)計成錐桿，在擠壓制坯模具中錐桿與法蘭盤交接處設(shè)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(shè)置有儲氣槽，兩耳 之間設(shè)計有凸臺連接兩耳，凸臺凸出法蘭盤35mm 50mm，凸臺兩側(cè)與法蘭盤部交接處設(shè) 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(shè)計為Γ 3°，高度設(shè)計為 40mm 60mm，間隙設(shè)計為0. 15mm。擠壓制坯、終鍛成型均有試打步驟，即通過實際調(diào)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?shù)拇驌裟芰?，并?存該打擊能量的程序以供批量生產(chǎn)時調(diào)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(xiàn)毛刺時，即減小打擊能量，至沒有毛刺出現(xiàn)，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(xiàn)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(qū)螺旋壓力機特點在于設(shè)備提供給鍛造各工步所需的打擊能量可由電腦 程序預(yù)先設(shè)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(shè)備提供的打 擊能量應(yīng)等于金屬塑性變形所需的能量，但在實際生產(chǎn)過程中為保證金屬在模具型腔內(nèi)充 型飽滿，上、下模具閉合即打靠，鍛件厚度尺寸合格，設(shè)定的打擊能量往往略大于金屬塑性 變形所需的能量。本發(fā)明利用電動直驅(qū)螺旋壓力機可設(shè)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(zhuǎn)向節(jié)，用三個鍛造工步，即鐓粗、擠壓制坯、終鍛，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向節(jié) 的無飛邊鍛造，節(jié)約了預(yù)鍛、切邊、校正等工序，并且提高了轉(zhuǎn)向節(jié)的鍛造材料利用率、減少 了模具投入、提高了生產(chǎn)效率、降低了生產(chǎn)成本。本工藝中擠壓制坯模和終鍛模均采用閉式結(jié)構(gòu)，結(jié)合轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)特點，為了保 證閉式模具結(jié)構(gòu)上模型腔壁的強度，把轉(zhuǎn)向節(jié)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(chǎn)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(chǎn)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(shè)計時擠壓制坯模具各部分型腔體積在終鍛相對應(yīng)各部分型腔體積的基礎(chǔ)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(qū)螺旋壓力機可以設(shè)定打擊能量這一性能特點，通過實際調(diào)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(chǎn)生毛刺，避免到終鍛工步時 鍛件產(chǎn)生折疊，影響鍛件的質(zhì)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(jù)坯料即圓形棒料的材質(zhì)不同溫度略有差異，一般為 1150 1250°C，該溫度數(shù)據(jù)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(chǎn)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(fā)明的主要經(jīng)濟指標用開式模具結(jié)構(gòu)鍛造該轉(zhuǎn)向節(jié)材料利用率為83 86 %， 開式模具結(jié)構(gòu)為有飛邊鍛造工藝，必需有切除飛邊、校正，還有預(yù)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(jié)構(gòu)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)向節(jié)的無飛邊鍛造，材料利用率在 98%以上。由于利用電動直驅(qū)螺旋壓力機特點，設(shè)定各鍛造工步的打擊能量，采用閉式模具 結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向節(jié)桿部放在上模等一系列技術(shù)措施和相應(yīng)的模具、設(shè)備，使本發(fā)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(zhuǎn)向節(jié)鍛件，減少了常規(guī)鍛造工藝中的預(yù) 鍛、切邊、校正等工序，節(jié)省了鍛造時間，既減少了模具的投入，又提高了生產(chǎn)效率，特別是， 實現(xiàn)轉(zhuǎn)向節(jié)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(zhuǎn)向 節(jié)的生產(chǎn)成本。


圖1是本發(fā)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(fā)明鍛件主視示意圖。
圖3是本發(fā)明鍛件俯視示意圖。
圖4是本發(fā)明圖3鍛件A-A剖視示意圖。
圖5是本發(fā)明終鍛模具剖視示意圖。
圖6是本發(fā)明終鍛模具下模俯視示意圖。
圖7是本發(fā)明擠壓制坯的坯料主視示意圖。
圖8是本發(fā)明擠壓制坯的坯料俯視示意圖。
圖9是本發(fā)明圖8擠壓制坯的坯料B-B剖視示意圖。
圖10是本發(fā)明擠壓制坯模具剖視示意圖。
圖11是本發(fā)明擠壓制坯模具下模俯視示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)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(yīng)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(chǎn)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(qū)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(jié)構(gòu)， 轉(zhuǎn)向節(jié)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(diào)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(nèi)， 圖7中桿部5分為尾端6和錐桿7，尾端6的拔模角度設(shè)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(shè)計為Γ，錐桿 7與法蘭盤4交接處設(shè)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(shè)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(yōu)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(shè)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(chǎn)中，凸臺14在長耳8 一側(cè)略高于短耳9 一側(cè)，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(chǎn)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(chǎn)生高壓氣阻礙此處的金屬流動，為此在長耳8頂平面上設(shè)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(cè)與法蘭盤4交接處設(shè)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(shè)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(shè)計為1° 3°，本例中設(shè)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(jié)構(gòu)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(diào)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(zhì)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(shè)計為Γ 3°，本例中設(shè)計為1°的拔模角度，終鍛擠壓筒 12上下模間隙為0. 15mm ；此結(jié)構(gòu)逼迫金屬在終鍛模具型腔內(nèi)流動，終鍛模具型腔充型好， 在鍛件分模面周邊允許產(chǎn)生毛刺。該結(jié)構(gòu)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(chǎn)品質(zhì)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(shè)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(qū)螺旋壓力機，其總打擊能量為700KJ。根據(jù)經(jīng)驗 首先設(shè)定設(shè)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(chǎn)生毛刺，法 蘭盤部厚度為20. 5，設(shè)備提供的打擊能量小于坯料塑性變形所需的能量，出現(xiàn)欠壓現(xiàn)象，擠 壓制坯型腔充型不理想。然后依次增加設(shè)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(chǎn)生毛刺；減小設(shè)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(chǎn)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(xù)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(chǎn)時 調(diào)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(jù)經(jīng)驗首先設(shè)定設(shè)備總打擊能量的35%即245KJ，出現(xiàn)欠壓的現(xiàn)象即終鍛的上、下模 沒閉合，設(shè)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(shè)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(xiàn)毛刺；在315KJ打擊能量的基礎(chǔ)上增 加2%即增加6. 3KJ來試打，充型效果好，分模面周邊出現(xiàn)毛刺，此時打擊能量為321. 3KJ， 連續(xù)鍛打均達到預(yù)期效果；若打擊能量增加到350KJ時，終鍛成型效果好，鍛件質(zhì)量達到預(yù) 期效果，但終鍛成型時設(shè)備振動嚴重，終鍛工步設(shè)定的打擊能量偏大，設(shè)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(chǎn)時調(diào)用。
完成全部鍛造工藝后，進行打磨等工序。 模具設(shè)計及鍛件加工過程中除上述特別要求之外，其它按常規(guī)設(shè)計規(guī)范進行。
權(quán)利要求
一種轉(zhuǎn)向節(jié)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(zhuǎn)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(qū)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(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向節(jié)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(shè)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(shè)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(shè)置有儲氣槽(17)，兩耳之間設(shè)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(cè)與法蘭盤(4)交接處設(shè)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(shè)計為1°～3°，高度設(shè)計為40mm～60mm，間隙設(shè)計為0.15mm，擠壓制坯、終鍛成型均有試打步驟，即通過實際調(diào)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?shù)拇驌裟芰?，并儲存該打擊能量的程序以供批量生產(chǎn)時調(diào)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(xiàn)毛刺時，即減小打擊能量，至沒有毛刺出現(xiàn)，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(xiàn)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(zhuǎn)向節(jié)閉式鍛造工藝，屬于機械加工領(lǐng)域中的汽車轉(zhuǎn)向節(jié)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(qū)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(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向節(jié)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(diào)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(chǎn)時調(diào)用，等一系列技術(shù)方案，用三個鍛造工步實現(xiàn)轉(zhuǎn)向節(jié)的無飛邊鍛造，節(jié)約了預(yù)鍛、切邊、校正等工序，并且提高了轉(zhuǎn)向節(jié)的鍛造材料利用率、減少了模具投入、提高了生產(chǎn)效率、降低了生產(chǎn)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(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者曹世金, 楊杰, 胡道財, 陳天賦 申請人:湖北三環(huán)鍛造有限公司