文/胡學(xué)星，房田振，王夕鋒，李臣棟·山東省諸城市義和車橋有限公司鍛造廠

汽車轉(zhuǎn)向橋在車輛的前端，承受垂直載荷和縱向力、側(cè)向力，主要由前軸、轉(zhuǎn)向節(jié)、主銷、車輪四部分組成。前軸是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)重要的零部件，兩端安裝車輪，車架所受的垂直載荷通過前軸傳遞到車輪，傳遞車架與車輪之間的各項(xiàng)作用力及所產(chǎn)生的彎矩和扭矩。

作為主體零件的前軸是用鋼材鍛造，前軸中間為工字形截面以提高其抗彎強(qiáng)度，為提高其抗扭強(qiáng)度，接近兩端略呈方形，兩處彈簧座用以支撐鋼板彈簧的加寬面，兩端各有一個(gè)加粗部位成拳頭形。

輥鍛成形工藝

汽車前軸輥鍛成形工藝日趨成熟，采用整體輥鍛模鍛復(fù)合工藝，它是在輥鍛成形工藝的基礎(chǔ)上，引入模鍛工藝，汲取各自優(yōu)點(diǎn)，組成優(yōu)于兩者的新工藝，該工藝適用于各類輕、中、重型汽車前軸鍛件的生產(chǎn)，為少投入、高質(zhì)量、大批量生產(chǎn)復(fù)雜類汽車零部件探索了一條新途徑。前軸工藝流程為：原材料下料→加熱→輥鍛制坯→彎曲、成形→切邊→校正。

⑴原材料下料。前軸一般利用圓鋼作為初始材料，直徑和長(zhǎng)度需要根據(jù)鍛件的截面尺寸和主銷距長(zhǎng)度設(shè)計(jì)出來。不同型號(hào)前軸所需圓鋼直徑、長(zhǎng)度不一樣。因輥鍛工藝所需圓鋼長(zhǎng)度精確要求L（上差+2、下差0），端面平整垂直，傾斜角度≤3°，不得有毛刺結(jié)疤。采用臥式帶鋸床或圓盤鋸下料，將原材料切割成所需的尺寸，鋸床存在一定的鋸口損耗，再給鋼廠定料時(shí)需根據(jù)設(shè)備鋸口損耗考慮適當(dāng)加長(zhǎng)。

⑵加熱。一般采用中頻感應(yīng)加熱爐，根據(jù)圓鋼直徑長(zhǎng)度，設(shè)定電壓頻率控制加熱時(shí)間，將圓鋼加熱至1150 ～1200℃左右(心表溫差、首尾溫差小于50℃的鍛造溫度)。測(cè)溫系統(tǒng)采用遠(yuǎn)紅外測(cè)溫儀和火色對(duì)照表進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)加熱材料進(jìn)行分選，出料時(shí)分選裝置根據(jù)加熱后材料溫度值，自動(dòng)分選出溫度低和溫度高的圓鋼，實(shí)現(xiàn)加熱溫度精準(zhǔn)控制，避免材料加熱過高或過低出現(xiàn)內(nèi)部組織晶粒的不均勻，影響產(chǎn)品的內(nèi)部組織性能。加熱合格的材料經(jīng)喂料裝置，進(jìn)入下道生產(chǎn)工序。

⑶輥鍛制坯。采用GD1000 輥鍛機(jī)，進(jìn)行三道次輥鍛制坯。輥鍛是回轉(zhuǎn)鍛造的一種，材料在一對(duì)反向旋轉(zhuǎn)扇形模具的作用下，產(chǎn)生塑性變形得到所需鍛坯的成形工藝。在第一工位機(jī)械手夾持坯料，輥鍛模旋轉(zhuǎn)一周實(shí)現(xiàn)分料；機(jī)械手順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°后移動(dòng)到第二工位，輥鍛模旋轉(zhuǎn)一周對(duì)彎脖、板簧面、工字梁進(jìn)行預(yù)成形；移動(dòng)到第三工位輥鍛模旋轉(zhuǎn)一周，對(duì)工字梁部位進(jìn)行長(zhǎng)度拉長(zhǎng)完成制坯。

⑷彎曲、成形。采用10000t 摩擦壓力機(jī)進(jìn)行彎曲、成形兩步操作。此工序是鍛件終鍛成形的關(guān)鍵工序，為使鍛件彎形到位，內(nèi)部組織緊實(shí)，鍛件外觀光滑，邊角R 弧等處棱角分明，故需要較大噸位的設(shè)備。彎曲、成形模具采用復(fù)合模具，一邊彎曲模將直坯彎曲為鍛件形狀，另一邊成形模膛將彎曲后的鍛件和機(jī)械手夾持部位壓制出鍛件整體形狀，此工序是鍛件終鍛成形的關(guān)鍵工序。

⑸切邊。采用1600t 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)，對(duì)成形后鍛件進(jìn)行飛邊切除，以鍛件分模面的外輪廓為凹模刃口，沖頭與刃口單邊預(yù)留足夠間隙，切邊前調(diào)整設(shè)備的壓下行程，合模狀態(tài)沖頭將鍛件從凹模沖出刃口型腔，完成終鍛成形后，飛邊與鍛件輪廓分離。

⑹校正。采用1600t 電動(dòng)螺旋壓力機(jī)，對(duì)切邊后鍛件直線度進(jìn)行校直，為后工序加工做好準(zhǔn)備。為克服鍛件的回彈保證校直的效果，校直時(shí)上下模具分模面閉合，模具型腔內(nèi)底面和鍛件接觸使鍛件直線度≤1.5mm，設(shè)計(jì)時(shí)模具型腔側(cè)面和鍛件側(cè)面周邊設(shè)計(jì)1 ～2mm 間隙，保證校直效果和便于校正后鍛件出模。

彎曲、成形工藝的改進(jìn)

前軸中間部位向下彎曲形成凹形，其目的是使發(fā)動(dòng)機(jī)位置得以降低，從而降低汽車質(zhì)心，減小傳動(dòng)軸與變速器輸出軸之間的夾角，汽車前軸零件如圖1 所示。下面重點(diǎn)介紹鍛件在彎曲時(shí)，彎曲模下頂料桿回位時(shí)卡滯現(xiàn)象的解決措施。

改進(jìn)前

坯料輥鍛制坯完成后，鍛件進(jìn)入彎曲模，滑塊下行對(duì)直坯鍛件進(jìn)行壓彎，模具閉合鍛件完成變形后滑塊上行，彎曲模下兩個(gè)頂料桿升起將鍛件從模具頂出，機(jī)械手將鍛件夾持，頂桿落下將鍛件放進(jìn)成形模，滑塊再次下行對(duì)鍛件進(jìn)行終鍛成形。頂料桿下方是液壓油缸，升起時(shí)油缸將頂料桿頂起，落下時(shí)油缸卸壓回位，頂料桿靠重力下落，鍛件在每次壓彎變形時(shí)都會(huì)有一層氧化皮脫落，隨著彎曲頂桿升起落下使用次數(shù)的增加，氧化皮會(huì)進(jìn)入頂料桿和模具之間的縫隙，造成下落時(shí)卡滯不能回位，需停機(jī)將氧化皮清理徹底后再生產(chǎn)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力耽誤正常生產(chǎn)。

原因分析

改進(jìn)前頂桿為圓柱(圖2)，頂桿與彎曲模具之間單邊間隙為0.15 ～0.2mm，會(huì)不可避免的進(jìn)入氧化皮，鍛造工藝要求坯料在高溫狀態(tài)下進(jìn)行生產(chǎn)，所以一旦“卡滯”就需要在短時(shí)間內(nèi)解決，否則就會(huì)生產(chǎn)出廢品。該問題造成生產(chǎn)效率降低，廢品增多，急需重新設(shè)計(jì)一種新的結(jié)構(gòu)，消除頂桿和模具之間的間隙，使“卡滯”現(xiàn)象不再出現(xiàn)。

表1 改進(jìn)前后效果對(duì)比

改進(jìn)措施

隨著新產(chǎn)品的開發(fā)和日常調(diào)試模具經(jīng)驗(yàn)的積累，經(jīng)一年多的摸索和實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)將頂桿簡(jiǎn)單的圓柱形改為釘子形結(jié)構(gòu)可以解決上述問題，為此重新設(shè)計(jì)了一款釘子形頂桿（圖3），該頂桿上端面和模具型腔一致，24°的圓錐面和模具配合(圖4)，頂桿的錐形凸面和模具的錐形凹面接觸后無縫隙，成功阻斷了氧化皮的進(jìn)入，下端圓柱和模具周邊間隙加大為3mm，頂起和落下時(shí)間隙變大生產(chǎn)過程更加順暢。

改進(jìn)前和改進(jìn)后的效果對(duì)比見表1。以我公司生產(chǎn)的151633 型號(hào)的前軸為例，每件產(chǎn)品成本價(jià)格約為860 元，每月減少12 件因停機(jī)造成的廢品，每月可創(chuàng)造價(jià)值10320 元。

結(jié)束語

經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，該釘子形頂料桿完全克服了生產(chǎn)過程中的頂桿卡滯現(xiàn)象，輕便小巧，制作簡(jiǎn)單，減少了廢品的產(chǎn)生，提高了工作效率，中間添加φ20mm 通孔便于提起搬運(yùn)。目前開發(fā)的前軸產(chǎn)品模具均采用該釘子形結(jié)構(gòu)，它的成功應(yīng)用，對(duì)模具行業(yè)的頂桿設(shè)計(jì)有一定的積極意義。