本發(fā)明涉及一種控制臂的鍛造方法，更確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種汽車(chē)用三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法。

背景技術(shù)：

汽車(chē)控制臂作為汽車(chē)懸架的重要組成部分，用于傳遞車(chē)輪所需的各向支撐力，以及承受全部的前后方向的應(yīng)力。它是底盤(pán)系統(tǒng)的重要安全件，在設(shè)計(jì)中要求強(qiáng)度高，可靠性好。它的疲勞強(qiáng)度直接關(guān)系到車(chē)輛和乘員的安全。通常需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室臺(tái)架試驗(yàn)以確保其達(dá)到設(shè)計(jì)的耐久性要求。這樣，合適的試驗(yàn)載荷、試驗(yàn)的循環(huán)次數(shù)和加載方式，對(duì)于能否真實(shí)地反映控制臂的耐久性和保證其在道路試驗(yàn)中能否達(dá)到設(shè)計(jì)的要求就變得非常重要。

控制臂的結(jié)構(gòu)分為單控制臂、叉形控制臂和三角形控制臂。單控制臂的臂體是一個(gè)直的或彎的桿狀結(jié)構(gòu)，這類(lèi)結(jié)構(gòu)主要用于多連桿懸架，其一端嵌裝球鉸，與輪轂連接，另一端壓裝襯套，與副車(chē)架或車(chē)身相連。兩個(gè)單控制臂配合使用，可以傳遞來(lái)自車(chē)輪的橫向和縱向載荷。叉形控制臂用于雙橫臂獨(dú)立懸架的上下臂或麥弗遜懸架的下臂，屬于雙襯套、單球鉸結(jié)構(gòu)，其叉(V)形邊的自由端壓裝襯套，與副車(chē)架或車(chē)身相連；球鉸嵌裝在V形的尖端，與輪轂連接，臂體的V形結(jié)構(gòu)主要傳遞橫向載荷。三角形控制臂多用于前懸麥弗遜懸架的下臂，用來(lái)傳遞橫向和縱向載荷，控制車(chē)輪與車(chē)身的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，有雙襯套單球鉸和雙球鉸單襯套兩種。無(wú)論哪種控制臂，其臂體的基本結(jié)構(gòu)類(lèi)似，都是桿形件，桿是直的或彎曲的，橫截面形狀多樣，兩端均包括壓裝襯套的襯套孔和鑲裝球形鉸套的半球坑，沿臂體長(zhǎng)度方向雙面還設(shè)有減重坑，襯套孔和減重坑的開(kāi)口方向與球形鉸坑垂直，尺寸允許偏差±1mm，上下面與垂直面之間為圓角連接。除襯套孔、球鉸坑外，均為非切削加工面。鋁合金控制臂大都采用鍛造成形。

參閱圖1，現(xiàn)有的三角形控制臂鍛造方法步驟如下：

1.下料，以鋁合金擠壓型材為原材料，采用帶式鋸床按需要的長(zhǎng)度進(jìn)行鋸切，坯料為圓棒料；

2.加熱，將切取好的圓棒料放在電加熱爐中進(jìn)行加熱，控制加熱溫度為420～480℃，加熱溫度的均勻性為±10℃；

3.自由鍛制坯，將加熱好的料，人工在空氣錘上按照三角形形狀進(jìn)行自由鍛成形，使三個(gè)方向材料的體積得到合理分配；

4.預(yù)成形模鍛，將體積分配好的自由鍛制坯放入模具型腔中鍛造成形，采用開(kāi)式鍛模，設(shè)備可采用摩擦壓力機(jī)或曲柄壓力機(jī)；

5.修復(fù)，步驟3的自由鍛制坯進(jìn)行體積分配時(shí)成形不均勻，表面不平整，坯料在預(yù)成形模鍛時(shí)由于兩側(cè)金屬流動(dòng)不一致產(chǎn)生折疊缺陷，將產(chǎn)生的折疊用手砂輪等工具打磨去掉，得初成形坯料；

6.二次加熱，將經(jīng)步驟5修復(fù)后的初成形坯料放在電加熱爐中進(jìn)行加熱，控制加熱溫度為420～480℃，加熱溫度的均勻性為±10℃；

7.終成形模鍛，將經(jīng)步驟6處理的初成形坯料放入終鍛模具型腔中鍛造成形，得到終鍛成形件；

8.切邊，利用機(jī)械式壓力機(jī)，采用冷切方式采用切邊模具將步驟7得到的終鍛成形件的飛邊去除。

這種控制臂的鍛造成形工藝存在以下問(wèn)題：

1.由于三角形控制臂在三個(gè)端頭方向跨度比較大，形狀比較復(fù)雜，利用自由鍛工藝容易使坯料表面產(chǎn)生折疊，局部也不易充滿，需要增加修復(fù)工藝去除折疊，從而導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量低和生產(chǎn)時(shí)間的延長(zhǎng)，增加了生產(chǎn)時(shí)間；

2.由于自動(dòng)化程度不高，影響產(chǎn)品生產(chǎn)效率；再次，電加熱爐加熱不利于控制坯料的加熱速度及加熱的均勻性，影響產(chǎn)品成形性能；

3.采用冷切邊的方式，產(chǎn)品在終成形模鍛以后需要冷卻一段時(shí)間再切邊，產(chǎn)品制造工序不連續(xù)，延長(zhǎng)了產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)間，降低了生產(chǎn)效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的產(chǎn)品質(zhì)量低，材料利用率低和生產(chǎn)效率低的問(wèn)題，提供了一種生產(chǎn)效率高且產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)成本低的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法的步驟如下：

1)下料；

2)坯料加熱；

3)輥鍛成形；

4)錯(cuò)移成形；

5)壓扁成形；

6)預(yù)鍛成形；

7)終鍛成形；

8)鍛件整形。

技術(shù)方案中所述的下料是指：

1)坯料尺寸計(jì)算；

根據(jù)毛坯上各截面的面積等于鍛件上相應(yīng)截面積加上飛邊的面積，即有以下公式(1)所示：

A_j＝A_d+A_f (1)

式中：A_j為任意一處計(jì)算毛坯的橫截面積；

A_d為相應(yīng)鍛件的橫截面積；

A_f為相應(yīng)飛邊的橫截面積；

取最大部位的截面直徑為圓棒料直徑D；

根據(jù)體積相等的原則，求出圓棒料的長(zhǎng)度為L(zhǎng)；

2)采用帶式鋸床對(duì)擠壓圓棒料進(jìn)行切割，得到直徑和長(zhǎng)度符合要求的坯料。

技術(shù)方案中所述的坯料加熱是指：

將下料步驟中得到的坯料在電感應(yīng)加熱爐中進(jìn)行加熱，加熱溫度為420～480℃，保溫5～8min，使得坯料加熱均勻，完成動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，形成較均勻的組織。

技術(shù)方案中所述的輥鍛成形是指：

1)計(jì)算輥鍛道次n

利用公式(2)和(3)計(jì)算輥鍛道次n：

式中：

λ_p為平均拉伸系數(shù)，鋁合金取λ_p＝1.6進(jìn)行計(jì)算；

式中：F₀為下料后坯料截面積，F(xiàn)_n為輥鍛后輥鍛件截面積；

經(jīng)過(guò)計(jì)算得到三角形鋁合金控制臂的n＝4，采用橢圓—方形—橢圓—方形型槽四道次輥鍛工藝成形，輥鍛機(jī)的鍛輥半徑為280mm；

2)輥鍛成形

(1)第一道次輥鍛成形

將坯料加熱步驟中得到的加熱后的坯料利用機(jī)械手夾住夾持端，送入第一道輥鍛模具中，上、下輥鍛模旋轉(zhuǎn)一周完成坯料由圓形截面向橢圓形截面變形的第一道次的輥鍛，即獲得第一道次輥鍛件，其中夾持端直徑保持不變；

(2)第二道次輥鍛成形

輥鍛機(jī)械手將第一道次輥鍛件平移至第二個(gè)工位，夾鉗將第一道次輥鍛件繞其軸線旋轉(zhuǎn)90°，與第二道次輥鍛模定位，上、下輥鍛模旋轉(zhuǎn)一周后完成第二道次輥鍛成形，由第一道次輥鍛件的橢圓形截面輥鍛成方形截面，其中夾持端直徑保持不變，獲得第二道次輥鍛件；

(3)第三道次輥鍛成形

輥鍛機(jī)械手將第二道次輥鍛件平移至第三個(gè)工位，夾鉗將第二道次輥鍛件繞其軸線旋轉(zhuǎn)90°，與第三道次輥鍛模定位，上、下輥鍛模旋轉(zhuǎn)一周后完成第三道次輥鍛成形，由第二道次輥鍛件的方形截面輥鍛成橢圓形截面，其中夾持端直徑保持不變，獲得第三道次輥鍛件；

(4)第四道次輥鍛成形

輥鍛機(jī)械手將第三道次輥鍛件平移至第四個(gè)工位，夾鉗將第三道次輥鍛件繞其軸線旋轉(zhuǎn)90°，與第四道次輥鍛模定位，上、下輥鍛模旋轉(zhuǎn)一周后完成第四道次輥鍛成形，第三道次輥鍛件的橢圓形截面輥鍛成方形截面，其中夾持端直徑保持不變，獲得第四道次輥鍛件。

技術(shù)方案中所述的錯(cuò)移成形是指：

1)把第四道次輥鍛件放置在錯(cuò)移下模中，使第四道次輥鍛件與錯(cuò)移下模貼合；

2)1號(hào)錯(cuò)移上模和2號(hào)錯(cuò)移上模一起向下運(yùn)動(dòng)，由于錯(cuò)移下模一端設(shè)置圓角，當(dāng)1號(hào)錯(cuò)移上模向下運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)第四道次輥鍛件夾持端沿著錯(cuò)移下模輪廓向下移動(dòng)而另一端被固定從而實(shí)現(xiàn)第四道次輥鍛件的錯(cuò)移運(yùn)動(dòng)，其中2號(hào)錯(cuò)移上模起到固定的作用，防止在錯(cuò)移過(guò)程中第四道次鍛件發(fā)生歪斜；

3)第四道次鍛件在錯(cuò)移成型過(guò)程中上表面向下移動(dòng)距離為28～30mm，錯(cuò)移成型后鍛件一端形狀基本不變，而第四道次鍛件的夾持端由于受到上下模具的相互作用材料發(fā)生偏移，根據(jù)成形件的特點(diǎn)錯(cuò)移28～30mm距離后夾持端的材料流動(dòng)合理，滿足后續(xù)成形的要求。

技術(shù)方案中所述的壓扁成形是指:

把錯(cuò)移成形步驟中得到的零件放在壓扁下模底板上，其中壓扁下模側(cè)板、側(cè)限位動(dòng)塊和正限位動(dòng)塊起到限位的作用，防止壓扁過(guò)程中零件的偏移，然后壓扁上模在壓力機(jī)的作用下向下移動(dòng)，使零件減薄50～55mm，壓扁成形步驟的主要作用是使輥鍛成形中夾持的一端壓扁成平面并且保證材料流動(dòng)的均勻性。

技術(shù)方案中所述的預(yù)鍛成形是指:

將壓扁成形后的零件放入預(yù)鍛模膛內(nèi)，然后調(diào)整好壓扁成形件的位置，在上下模的作用下完成預(yù)鍛成形，其中預(yù)鍛成形過(guò)程中由于劈料臺(tái)的作用使得夾持端材料在劈料臺(tái)的作用下向兩側(cè)流動(dòng)，由于飛邊槽和阻力溝的作用使得材料填充更加飽滿，最終鍛成預(yù)鍛件。

技術(shù)方案中所述的終鍛成形是指:

1)在預(yù)鍛成形的基礎(chǔ)上進(jìn)行終鍛成形，終鍛成形按照熱鍛件圖設(shè)計(jì)模具；

2)把預(yù)鍛件放入終鍛成形模具型腔內(nèi)，然后在安裝有終鍛成形模具的壓力機(jī)的作用下完成終鍛成形，得到終鍛成形件。

技術(shù)方案中所述的鍛件整形是指:

對(duì)終鍛成形的零件采用熱切邊的方式進(jìn)行切邊，切邊由安裝有切邊模具的機(jī)械壓力機(jī)完成，切邊溫度控制在450～480℃，切邊完成后得到的產(chǎn)品零件—三角形鋁合金控制臂。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法采用四道次輥鍛方式完成坯料的體積分配，防止了坯料在預(yù)成形模鍛時(shí)產(chǎn)生折疊缺陷，減少了修復(fù)工序，有效簡(jiǎn)化了產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝，縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)時(shí)間，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率；

2.本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法通過(guò)錯(cuò)移和預(yù)鍛工序使得材料的流線成形合理，防止了控制臂鍛造過(guò)程中材料流動(dòng)不均勻，防止了材料充不滿的缺陷，得到的控制臂質(zhì)量更加優(yōu)良；

3.本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法的預(yù)鍛模具上設(shè)置阻力溝，一方面增大了金屬流動(dòng)的阻力，迫使金屬充滿模膛，另一方面減少了飛邊，增大了材料利用率，同時(shí)在預(yù)鍛模具上合理設(shè)置劈料臺(tái)進(jìn)一步減少了加工工序，使得材料流動(dòng)均勻合理；

4.本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法使用擠壓棒材作為原材料，減少原材料的預(yù)處理時(shí)間，縮短產(chǎn)品的總生產(chǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)能夠提高原材料的利用率，降低制造成本。采用電感應(yīng)加熱，提高坯料的加熱速度及加熱均勻性，縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)時(shí)間，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率；同時(shí)坯料均勻受熱，有利于下一工序的操作，能保證產(chǎn)品的性能；

5.本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法采用熱切邊的方式，成品不需要冷卻即可完成切邊，提高了終成形模鍛與切邊工序之間的連續(xù)性，節(jié)省了產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)間，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)率；同時(shí)熱切邊方式能夠提高產(chǎn)品表面光潔度。

6.本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法大大增大了自動(dòng)化程度，使得產(chǎn)品成形時(shí)間大幅度降低。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明：

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中三角形鋁合金汽車(chē)控制臂的鍛造成形方法的工藝流程圖；

圖2為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法的工藝流程圖；

圖3為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中最終成形的三角形控制臂的軸測(cè)投影視圖；

圖3-a為圖3中三角形鋁合金控制臂A-A處的剖面圖；

圖3-b為圖3中三角形鋁合金控制臂B-B處的剖面圖；

圖3-c為圖3中三角形鋁合金控制臂C-C處的剖面圖；

圖3-d為圖3中三角形鋁合金控制臂D-D處的剖面圖；

圖3-e為圖3中三角形鋁合金控制臂E-E處的剖面圖；

圖4-1為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中采用的下料后坯料主視圖；

圖4-2為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中采用的下料后坯料左視圖；

圖5-1為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中第一道次輥鍛后得到的輥鍛件的主視圖；

圖5-2為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中第一道次輥鍛后得到的輥鍛件的左視圖；

圖5-a為圖5-1中第一道次輥鍛件A-A處的剖面圖；

圖5-b為圖5-1中第一道次輥鍛件B-B處的剖面圖；

圖5-c為圖5-1中第一道次輥鍛件C-C處的剖面圖；

圖5-d為圖5-1中第一道次輥鍛件D-D處的剖面圖；

圖6-1為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中第二道次輥鍛后得到的輥鍛件的主視圖；

圖6-2為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中第二道次輥鍛后得到的輥鍛件的左視圖；

圖6-a為圖6-1中第二道次輥鍛件A-A處的剖面圖；

圖6-b為圖6-1中第二道次輥鍛件B-B處的剖面圖；

圖6-c為圖6-1中第二道次輥鍛件C-C處的剖面圖；

圖6-d為圖6-1中第二道次輥鍛件D-D處的剖面圖；

圖7-1為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中第三道次輥鍛后得到的輥鍛件的主視圖；

圖7-2為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中第三道次輥鍛后得到的輥鍛件的左視圖；

圖7-a為圖7-1中第三道次輥鍛件A-A處的剖面圖；

圖7-b為圖7-1中第三道次輥鍛件B-B處的剖面圖；

圖7-c為圖7-1中第三道次輥鍛件C-C處的剖面圖；

圖7-d為圖7-1中第三道次輥鍛件D-D處的剖面圖；

圖8-1為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中第四道次輥鍛后得到的輥鍛件的主視圖；

圖8-2為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中第四道次輥鍛后得到的輥鍛件的左視圖；

圖8-a為圖8-1中第四道次輥鍛件A-A處的剖面圖；

圖8-b為圖8-1中第四道次輥鍛件B-B處的剖面圖；

圖8-c為圖8-1中第四道次輥鍛件C-C處的剖面圖；

圖8-d為圖8-1中第四道次輥鍛件D-D處的剖面圖；

圖9-1為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中錯(cuò)移下模結(jié)構(gòu)組成的主視圖；

圖9-2為圖9-1中錯(cuò)移下模A-A處的剖視圖；

圖9-3為圖9-1中錯(cuò)移下模B-B處的剖視圖；

圖10-1為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中1號(hào)錯(cuò)移上模結(jié)構(gòu)組成的主視圖；

圖10-2為圖10-1中錯(cuò)移上模A-A處的剖視圖；

圖10-3為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中1號(hào)錯(cuò)移上模結(jié)構(gòu)組成的仰視圖；

圖11-1為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中2號(hào)錯(cuò)移上模結(jié)構(gòu)組成的俯視圖；

圖11-2為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中2號(hào)錯(cuò)移上模結(jié)構(gòu)組成的主視圖；

圖11-3為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中2號(hào)錯(cuò)移上模結(jié)構(gòu)組成的左視圖；

圖12-1為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中壓扁上模結(jié)構(gòu)組成的主視圖；

圖12-2為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中壓扁上模結(jié)構(gòu)組成的俯視圖；

圖13為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中錯(cuò)移和壓扁工序中模具結(jié)構(gòu)組成的主視圖；

圖14為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中錯(cuò)移和壓扁工序中模具結(jié)構(gòu)組成的俯視圖；

圖15為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中壓扁工序中模具結(jié)構(gòu)組成的左視圖；

圖16為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中錯(cuò)移工序中模具結(jié)構(gòu)組成的局部剖視圖；

圖17-1為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中預(yù)鍛工序中上模結(jié)構(gòu)組成的主視圖；

圖17-2為圖17-1預(yù)鍛工序中上模A-A處剖面視圖；

圖17-3為圖17-1預(yù)鍛工序中上模B-B處剖面視圖；

圖18為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中錯(cuò)移工序后鍛件的主視圖；

圖19為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中壓扁工序后鍛件的主視圖；

圖20-1為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中預(yù)鍛工序后鍛件左視圖；

圖20-2為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中預(yù)鍛工序后鍛件主視圖；

圖20-3為圖20-2中A-A剖視圖；

圖20-4為圖20-2中B-B剖視圖；

圖21-1為圖21-2中A-A處剖視圖；

圖21-2為本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法中終鍛工序后鍛件主視圖；

圖中：1.1號(hào)錯(cuò)移上模，2.2號(hào)錯(cuò)移上模，3.壓扁上模，4.上模板，5.1號(hào)導(dǎo)套，6.1號(hào)導(dǎo)柱，7.下模板，8.壓扁下模側(cè)板，9.壓扁下模底板，10.錯(cuò)移下模，11.2號(hào)導(dǎo)柱，12.2號(hào)導(dǎo)套，13.側(cè)限位動(dòng)塊，14.正限位動(dòng)塊，15.預(yù)鍛上模中劈料臺(tái)，16.預(yù)鍛上模中阻力溝。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的描述：

一.介紹各工序所需模具的結(jié)構(gòu)組成：

1.坯料尺寸

參閱圖3與圖3-a至圖3-e，根據(jù)毛坯上各截面的面積等于鍛件上相應(yīng)截面積加上飛邊的面積，即有以下公式(1)所示：

A_j＝A_d+A_f (1)

式中：A_j為任意一處計(jì)算毛坯的橫截面積；

A_d為相應(yīng)鍛件的橫截面積；

A_f為相應(yīng)飛邊的橫截面積；

為了金屬的順利流動(dòng)，截面突變處的連接圓弧要光滑過(guò)度，對(duì)叉形劈開(kāi)處適當(dāng)放大毛坯尺寸，由于該生產(chǎn)線采用自動(dòng)化生產(chǎn)，為了保證機(jī)器人上料時(shí)不受坯料轉(zhuǎn)動(dòng)的影響，輥鍛件各截面都采用圓形截面，因此取最大部位的截面直徑為圓棒料直徑D,在以后的工序中夾持端直徑保持不變，根據(jù)體積相等的原則，求出圓棒料的長(zhǎng)度為L(zhǎng),其中圓棒料的主視圖和左視圖分別如圖4-1和圖4-2所示；

2.輥鍛模具結(jié)構(gòu)

1)輥鍛道次n

利用公式(2)和(3)可以計(jì)算出輥鍛道次n：

式中：

λ_p為平均拉伸系數(shù)，鋁合金取λ_p＝1.6進(jìn)行計(jì)算；

式中：F₀為下料后坯料截面積，F(xiàn)_n為輥鍛后輥鍛件截面積；

經(jīng)過(guò)計(jì)算得到三角形鋁合金控制臂的n＝4，因此采用四道次輥鍛；

2)輥鍛模具結(jié)構(gòu)

原始毛坯截面為圓形，為達(dá)到較大的延伸系數(shù)，橢圓形槽的軸長(zhǎng)比取的較大，橢圓形截面的毛坯進(jìn)入方形型槽比圓形型槽的穩(wěn)定性要好，因此采用橢圓—方形—橢圓—方形型槽結(jié)構(gòu)，并且能夠保證后續(xù)加工的穩(wěn)定性，在冷輥鍛件圖上分別計(jì)算特征段的延伸系數(shù)，通過(guò)相關(guān)計(jì)算、經(jīng)驗(yàn)和模擬合理分配各道次的延伸系數(shù)得到四道次的延伸系數(shù)分別為λ₁、λ₂、λ₃、λ₄，得到輥鍛過(guò)程中四道次的輥鍛件形狀，如圖5-1至圖8-2的主視圖及左視圖和5-a至8-d的剖面圖所示為圓棒料經(jīng)過(guò)四道次輥鍛模具輥鍛后得到的鍛件及各特征截面的形狀。

3.錯(cuò)移模具結(jié)構(gòu)

錯(cuò)移工序模具由三部分組成，其中錯(cuò)移下模的結(jié)構(gòu)組成的主視圖如圖9-1所示，圖9-2和圖9-3分別為圖9-1中A-A和B-B處的剖視圖；1號(hào)錯(cuò)移上模主視圖如圖10-1所示,圖10-2為圖10-1中A-A處的剖視圖，圖10-3為1號(hào)錯(cuò)移上模的仰視圖；2號(hào)錯(cuò)移上模俯視圖如圖11-1所示，圖11-2為2號(hào)錯(cuò)移上模主視圖，圖11-3為2號(hào)錯(cuò)移上模左視圖；其中1號(hào)錯(cuò)移上模和2號(hào)錯(cuò)移上模固定在上模板4上，錯(cuò)移下模固定在下模板7上。

4.壓扁模具結(jié)構(gòu)：

壓扁模具包括壓扁上模3，壓扁下模底板9，側(cè)限位動(dòng)塊13，正限位動(dòng)塊14和壓扁下模側(cè)板8組成。其中壓扁上模3的結(jié)構(gòu)組成如圖12-1和12-2所示。側(cè)限位動(dòng)塊13、正限位動(dòng)塊14和壓扁下模側(cè)板8固定在壓扁下模底板9上，壓扁上模3固定在上模板4上；

5.預(yù)鍛模具結(jié)構(gòu)

參閱圖17-1至17-3，圖17-1所示為預(yù)鍛模具中上模型腔結(jié)構(gòu)形狀的主視圖，預(yù)鍛模具包括上模和下模，上模型腔與下模型腔的結(jié)構(gòu)形狀對(duì)稱(chēng)相同；根據(jù)三角形控制臂結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，預(yù)鍛模腔需要設(shè)置阻力溝和劈料臺(tái)，圖17-2為在圖17-1中A-A處的截面圖，圖17-3為在圖17-1中B-B處的截面圖，圖17-1至17-3中標(biāo)注15的為劈料臺(tái)，其中劈料臺(tái)兩端圓角半徑R為25～30mm，標(biāo)注16的為阻力溝，其中阻力溝直徑為8～10mm；

二.本發(fā)明所述的三角形鋁合金控制臂的鍛造成形方法的步驟如下：

1.下料

1)坯料尺寸計(jì)算；

參閱圖3與圖3-a至圖3-e，根據(jù)毛坯上各截面的面積等于鍛件上相應(yīng)截面積加上飛邊的面積，即有以下公式(1)所示：

A_j＝A_d+A_f (1)

式中：A_j為任意一處計(jì)算毛坯的橫截面積；

A_d為相應(yīng)鍛件的橫截面積；

A_f為相應(yīng)飛邊的橫截面積；

取最大部位的截面直徑為圓棒料直徑D；

根據(jù)體積相等的原則，求出圓棒料的長(zhǎng)度為L(zhǎng)；

2)采用帶式鋸床對(duì)擠壓圓棒料進(jìn)行切割，得到直徑和長(zhǎng)度符合要求的坯料；

2.坯料加熱

將步驟1得到的坯料在電感應(yīng)加熱爐中進(jìn)行加熱，加熱溫度在420～480℃之間，保溫5～8min，使得坯料加熱均勻，完成動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，形成較均勻的組織，使鋁合金的鍛造性能較好，鍛件的組織和性能也越好；

3.輥鍛成形

1)計(jì)算輥鍛道次n

利用公式(2)和(3)計(jì)算輥鍛道次n：

式中：

λ_p為平均拉伸系數(shù)，鋁合金取λ_p＝1.6進(jìn)行計(jì)算；

式中：F₀為下料后坯料截面積，F(xiàn)_n為輥鍛后輥鍛件截面積；

經(jīng)過(guò)計(jì)算得到三角形鋁合金控制臂的n＝4，采用橢圓—方形—橢圓—方形型槽四道次輥鍛工藝成形，輥鍛機(jī)的鍛輥半徑為280mm；

2)輥鍛成形

(1)第一道次輥鍛成形

參閱圖5-1至5-2與圖5-a至圖5-d，將步驟2得到的加熱后的坯料利用機(jī)械手夾住夾持端，送入第一道輥鍛模具中，上、下輥鍛模旋轉(zhuǎn)一周完成坯料由圓形截面向橢圓形截面變形的第一道次的輥鍛，即獲得第一道次輥鍛件，其中夾持端直徑保持不變；

(2)第二道次輥鍛成形

參閱圖6-1至6-2與圖6-a至圖6-d，輥鍛機(jī)械手將第一道次輥鍛件平移至第二個(gè)工位，夾鉗將第一道次輥鍛件繞其軸線旋轉(zhuǎn)90°，與第二道次輥鍛模定位，上、下輥鍛模旋轉(zhuǎn)一周后完成第二道次輥鍛成形，由第一道次輥鍛件的橢圓形截面輥鍛成方形截面，其中夾持端直徑保持不變，獲得第二道次輥鍛件；

(3)第三道次輥鍛成形

參閱圖7-1至7-2與圖7-a至圖7-d，輥鍛機(jī)械手將第二道次輥鍛件平移至第三個(gè)工位，夾鉗將第二道次輥鍛件繞其軸線旋轉(zhuǎn)90°，與第三道次輥鍛模定位，上、下輥鍛模旋轉(zhuǎn)一周后完成第三道次輥鍛成形，由第二道次輥鍛件的方形截面輥鍛成橢圓形截面，其中夾持端直徑保持不變，獲得第三道次輥鍛件；

(4)第四道次輥鍛成形

參閱圖8-1至8-2與圖8-a至圖8-d，輥鍛機(jī)械手將第三道次輥鍛件平移至第四個(gè)工位，夾鉗將第三道次輥鍛件繞其軸線旋轉(zhuǎn)90°，與第四道次輥鍛模定位，上、下輥鍛模旋轉(zhuǎn)一周后完成第四道次輥鍛成形，第三道次輥鍛件的橢圓形截面輥鍛成方形截面，其中夾持端直徑保持不變，獲得第四道次輥鍛件；

4.錯(cuò)移成形

1)參閱圖13與圖16，首先把第四道次輥鍛件放置在錯(cuò)移下模10中，使第四道次輥鍛件與錯(cuò)移下模10貼合；

2)然后1號(hào)錯(cuò)移上模1和2號(hào)錯(cuò)移上模2一起向下運(yùn)動(dòng)，由于錯(cuò)移下模10一端設(shè)置圓角，當(dāng)1號(hào)錯(cuò)移上模1向下運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)第四道次輥鍛件夾持端沿著錯(cuò)移下模輪廓向下移動(dòng)而另一端被固定從而實(shí)現(xiàn)第四道次輥鍛件的錯(cuò)移運(yùn)動(dòng)，其中2號(hào)錯(cuò)移上模2起到固定的作用，防止在錯(cuò)移過(guò)程中第四道次鍛件發(fā)生歪斜；

3)第四道次鍛件在錯(cuò)移成型過(guò)程中上表面向下移動(dòng)距離為28～30mm，錯(cuò)移成型后鍛件一端形狀基本不變，而第四道次鍛件的夾持端由于受到上下模具的相互作用材料發(fā)生偏移，根據(jù)成形件的特點(diǎn)錯(cuò)移28～30mm距離后夾持端的材料流動(dòng)合理，滿足后續(xù)成形的要求，最后得到的零件圖如圖18所示。

5.壓扁成形

參閱圖13至圖15，在壓扁成形工序中，把錯(cuò)移成形得到的零件放在壓扁下模底板9上，其中壓扁下模側(cè)板8、側(cè)限位動(dòng)塊13和正限位動(dòng)塊14起到限位的作用，防止壓扁過(guò)程中零件的偏移，然后壓扁上模3在壓力機(jī)的作用下向下移動(dòng)，其中零件減薄50～55mm，壓扁工序的主要作用是使輥鍛成形中夾持的一端壓扁成平面并且保證材料流動(dòng)的均勻性，壓扁完成后得到的零件如圖19所示。

6.預(yù)鍛成形

將壓扁后的坯料放入預(yù)鍛模膛內(nèi)，然后調(diào)整好壓扁成形件的位置，在上下模的作用下完成預(yù)鍛成形，其中預(yù)鍛成形過(guò)程中由于劈料臺(tái)的作用使得輥鍛成形中夾持端材料在劈料臺(tái)的作用下向兩側(cè)流動(dòng)，由于飛邊槽和阻力溝的作用使得材料填充更加飽滿，最終生成的預(yù)鍛件如圖20-1至20-4所示。

7.終鍛成形

在預(yù)鍛成形的基礎(chǔ)上進(jìn)行終鍛成形，終鍛成形按照熱鍛件圖設(shè)計(jì)模具，把預(yù)鍛件放入終鍛成形模具型腔內(nèi)，然后在安裝有終鍛成形模具的壓力機(jī)的作用下完成終鍛成形，得到終鍛成形的零件如圖20-1至20-2所示。

8.鍛件整形

對(duì)終鍛成形的產(chǎn)品采用熱切邊的方式進(jìn)行切邊，切邊由安裝有切邊模具的機(jī)械壓力機(jī)完成，切邊溫度控制在450～480℃，即完成三角形鋁合金控制臂的鍛造成形，切邊完成后得到的零件—三角形鋁合金控制臂如圖3所示。

實(shí)施例

1.下料

參閱圖3與圖3-a至圖3-e，根據(jù)毛坯上各截面的面積等于鍛件上相應(yīng)截面積加上飛邊的面積，即有以下公式(1)所示：

A_j＝A_d+A_f (1)

式中：A_j為任意一處計(jì)算毛坯的橫截面積；

A_d為相應(yīng)鍛件的橫截面積；

A_f為相應(yīng)飛邊的橫截面積；根據(jù)三角形控制臂相應(yīng)截面大小和設(shè)置飛邊大小，取最大部位的截面直徑為圓棒料直徑115mm，根據(jù)體積相等的原則，求出圓棒料的長(zhǎng)度為132mm，采用帶式鋸床進(jìn)行切割；

2.坯料加熱

將步驟1得到的坯料在電感應(yīng)加熱爐中進(jìn)行加熱，加熱溫度到450℃，保溫6min，使得坯料加熱均勻，完成動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，形成較均勻的組織，使鋁合金的鍛造性能較好，鍛件的組織和性能也越好；

3.輥鍛成形

1)計(jì)算輥鍛道次n

利用公式(2)和(3)計(jì)算輥鍛道次n：

式中：

λ_p為平均拉伸系數(shù)，鋁合金取λ_P＝1.6進(jìn)行計(jì)算；

式中：F₀為下料后坯料截面積，F(xiàn)_n為輥鍛后輥鍛件截面積；

經(jīng)過(guò)計(jì)算得到三角形鋁合金控制臂的n＝4，采用橢圓—方形—橢圓—方形型槽四道次輥鍛工藝成形，輥鍛機(jī)的鍛輥半徑為280mm；

2)輥鍛成形

(1)第一道次輥鍛成形

參閱圖5-1至5-2與圖5-a至圖5-d，將步驟2得到的加熱后的坯料利用機(jī)械手夾住夾持端，送入第一道輥鍛模具中，上、下輥鍛模旋轉(zhuǎn)一周完成坯料由圓形截面向橢圓形截面變形的第一道次的輥鍛，即獲得第一道次輥鍛件，其中夾持端直徑保持不變，獲得第一道次輥鍛件，輥鍛件的長(zhǎng)度為180.5mm，第一道次輥鍛件的形狀如圖5-1至5-2與圖5-a至圖5-d所示；

(2)第二道次輥鍛成形

參閱圖6-1至6-2與圖6-a至圖6-d，輥鍛機(jī)械手將第一道次輥鍛件平移至第二個(gè)工位，夾鉗將第一道次輥鍛件繞其軸線旋轉(zhuǎn)90°，與第二道次輥鍛模定位，上、下輥鍛模旋轉(zhuǎn)一周后完成第二道次輥鍛成形，由第一道次輥鍛件的橢圓形截面輥鍛成方形截面，其中夾持端直徑保持不變，獲得第二道次輥鍛件，輥鍛件的長(zhǎng)度為218.3mm，第二道次輥鍛件的形狀如圖6-1至6-2與圖6-a至圖6-d所示；

(3)第三道次輥鍛成形

參閱圖7-1至7-2與圖7-a至圖7-d，輥鍛機(jī)械手將第二道次輥鍛件平移至第三個(gè)工位，夾鉗將第二道次輥鍛件繞其軸線旋轉(zhuǎn)90°，與第三道次輥鍛模定位，上、下輥鍛模旋轉(zhuǎn)一周后完成第三道次輥鍛成形，由第二道次輥鍛件的方形截面輥鍛成橢圓形截面，其中夾持端直徑保持不變，獲得第三道次輥鍛件，輥鍛件的長(zhǎng)度為275.3mm，第三道次輥鍛件的形狀如圖7-1至7-2與圖7-a至圖7-d所示；

(4)第四道次輥鍛成形

參閱圖8-1至8-2與圖8-a至圖8-d，輥鍛機(jī)械手將第三道次輥鍛件平移至第四個(gè)工位，夾鉗將第三道次輥鍛件繞其軸線旋轉(zhuǎn)90°，與第四道次輥鍛模定位，上、下輥鍛模旋轉(zhuǎn)一周后完成第四道次輥鍛成形，第三道次輥鍛件的橢圓形截面輥鍛成方形截面，其中夾持端直徑保持不變，獲得第四道次輥鍛件，輥鍛件的長(zhǎng)度為320mm，第四道次輥鍛件的形狀如圖8-1至8-2與圖8-a至圖8-d所示；

4.錯(cuò)移成形

1)參閱圖13與圖16，首先把第四道次輥鍛件放置在錯(cuò)移下模10中，使第四道次輥鍛件與錯(cuò)移下模10貼合，

2)然后1號(hào)錯(cuò)移上模1和2號(hào)錯(cuò)移上模2一起向下運(yùn)動(dòng)，由于錯(cuò)移下模10一端設(shè)置圓角，當(dāng)1號(hào)錯(cuò)移上模1向下運(yùn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)第四道次輥鍛件夾持端沿著錯(cuò)移下模輪廓移動(dòng)而另一端被固定從而實(shí)現(xiàn)第四道次輥鍛件的錯(cuò)移運(yùn)動(dòng)，其中2號(hào)錯(cuò)移上模2起到固定的作用，防止在錯(cuò)移過(guò)程中第四道次輥鍛件發(fā)生歪斜；

3)第四道次輥鍛件在錯(cuò)移成形過(guò)程中上表面向下移動(dòng)距離為28mm，錯(cuò)移成型后鍛件一端形狀基本不變，而第四道次鍛件的夾持端由于受到上下模具的相互作用材料發(fā)生偏移，而另一端基本保持不變，根據(jù)成形件的特點(diǎn)錯(cuò)移28～30mm距離后夾持端的材料流動(dòng)合理，滿足后續(xù)成形的要求，最后使得夾持端成形后的零件圖如圖18所示。

5.壓扁成形

參閱圖13至圖15，在壓扁成形工序中，把錯(cuò)移成形得到的零件放在壓扁下模底板9上，其中壓扁下模側(cè)板8、側(cè)限位動(dòng)塊13和正限位動(dòng)塊14起到限位的作用，防止壓扁過(guò)程中零件的偏移，然后壓扁上模3在壓力機(jī)的作用下向下移動(dòng)，其中零件減薄50mm，壓扁成形的主要作用是使發(fā)生錯(cuò)移的一端壓扁成平面并且保證材料流動(dòng)的均勻性，壓扁完成后得到的零件如圖19所示。

6.預(yù)鍛成形

將壓扁后的零件放入預(yù)鍛模膛內(nèi)，然后調(diào)整好坯料位置，在上下模的作用下完成預(yù)鍛工序的成形，其中預(yù)鍛成形過(guò)程中由于劈料臺(tái)的作用使得輥鍛成形中夾持端材料在劈料臺(tái)的作用下向兩側(cè)流動(dòng)，由于飛邊槽和阻力溝的作用使得材料填充更加飽滿，最終生成的預(yù)鍛件如圖20-1至20-4所示；

7.終鍛成形

在預(yù)鍛成形的基礎(chǔ)上進(jìn)行終鍛成形，終鍛成形按照熱鍛件圖設(shè)計(jì)模具，把預(yù)鍛件放入終鍛成形模具型腔內(nèi)，然后在安裝有終鍛成形模具的壓力機(jī)的作用下完成終鍛成形步驟，得到終鍛成形的零件如圖20-1至20-2所示。

8.鍛件整形

對(duì)終鍛成形的產(chǎn)品采用熱切邊的方式進(jìn)行切邊，切邊由安裝有切邊模具的機(jī)械壓力機(jī)完成，切邊溫度控制在450℃，即完成三角形鋁合金控制臂的鍛造成形，切邊完成后得到的零件—三角形鋁合金控制臂如圖3所示。