锻造工艺流程

复杂弯轴类锻件辊锻-摩擦压力机模锻复合锻造工艺

一、前言

复杂弯轴类锻件的最佳成形法一直是锻造行业致力研究的问题，前些年我国轻轿车生产数量不大，没有形成规模经营，故轻轿车复杂弯轴锻件的生产主要以传统的锤上模锻工艺进行小批量生产，有的厂家甚至采用自由锻—胎模锻工艺，需几火次才能锻成。近年来，我国轻轿车生产迅速发展，生产批量越来越大，整机制造水平越来越高，对复杂弯轴类锻件而言，不仅形状复杂，而且锻件尺寸精度，表面质量等方面的要求也更加严格，故探索轻轿车复杂弯轴类锻件的合理锻造方法，显得尤为重要。根据一汽轻轿车生产实际需求，在试验研究的基础上，我们采用了辊锻制坯—摩擦压力机模锻复合工艺替代传统的锤上模锻，生产了轻型车左转向节臂，奥迪轿车左、右下控制臂等五种复杂弯轴类锻件，其锻件技术水平达到了轻型车、奥迪轿车原图纸设计要求，各项技术经济指标均达到了预期目标。

二、工艺分析与方案确定

轻轿车复杂弯轴类锻件，其特点是轴线呈空间曲线形，多向弯曲，截面差与落差大，外形复杂，锻造成形与模具加工难度较大。以左转向节臂（图1）为例，按传统的锤上模锻工艺，一般要采用拨长—滚压—弯曲—锻造等工步。其突出缺点是锻件精度较差，工作时震动噪音大，材料消耗与能耗大，劳动条件差。如采用较先进的热模锻压力机成形法，虽然工人劳动条件好，生产率及锻件尺寸精度较高，也便于实现机械化和自动化，但其突出缺点是制造成本高，不便于拔长、滚压等制坯工步，需配其它辅助设备制坯。

图1

针对现有锻造工艺的诸多问题及复杂弯轴类锻件自身的技术特点，我们确定了辊锻——摩擦压力机模锻复合锻造工艺的方案，其工艺流程为：下料→中频感应加热→辊锻制坯→弯曲→锻造→切边→校正→锻件质量检测。本工艺方案采用中频感应加热不仅提高了锻件表面质量，稳定了工艺过程，也可提高生产率，改善劳动环境。多道次辊锻制坯，可有效地解决复杂弯轴锻件截面差大的问题，使制坯形状更接近于这类锻件展开后的直线形状和尺寸，减少锻件飞边，节省原材料。由于摩擦压力机具有模锻锤和锻压机的双重工作特性，在摩擦压力机上进行弯曲成形、预锻、终锻及校正成形，有利于稳定工艺过程，保证锻件质量，同时也具有很高的生产率。

1. 锻造工艺的定义

锻造是一种在一定温度下借助工具或模具在冲击或压力作用下加工金属机械零件或零件毛坯的方法，锻件的生产率最高，锻件的形状，尺寸稳定性好，并有最佳的综合力学性能

2. 锻造分类，按照成型方式分？按照温度划分？

锻造根据使用工具和生产工艺的不同而分为自由锻，模锻和特种锻造。

3. 模锻冲孔连皮以及各种形式的应用情况

模锻不能直接锻出透空，因此在设计热锻件图时必须在孔内保留一层连皮，然后在切边压力机上冲除掉。冲孔连皮分为平底连皮，斜底连皮，带仓连皮，拱底连皮和压凹。

① 平底连皮：常用的脸皮形式

② 斜底连皮：当锻件内孔较大时（d﹥2.5h或d﹥60mm）

③ 带仓连皮：若锻件形状复杂，需经预锻和终锻成型，可在预锻型槽中安排斜底连皮，而在终锻型槽中则改用带仓连皮，以便于切边时冲除

④ 拱底连皮：若锻件内孔很大（d﹥15h），而高度又很小，金属向外流动困难，这时采用拱底连皮或带仓连皮

⑤ 压凹：当锻件内孔直径较小（d﹤25mm），不宜锻出连皮，应该有压凹形式，其目的是使锻件饱满成型

4. 锻造时考虑锻件胚料的失稳问题：坯料的高径比H/D＞3坯料镦粗时容易产生失稳，导致纵向弯曲。尤其在坯料端面不平，或坯料本身轴线不直，或坯料温度不均匀，或锤砧面不平行，都会使H/D＞3得坯料产生纵向弯曲。弯曲了的坯料若不及时校正而继续镦粗，就可能产生折叠。因此在镦粗时，对坯料的高径比应有所限制。通常，圆截面坯料

H/D不宜超过2.5-3；方形或矩形截面坯料H/A不大于3.5-4

5. 自由锻和模锻的特点各是什么？优缺点

自由锻：坯料在平砧上面或工具之间经逐步的局部变形而完成

模锻：①工艺灵活，适用推广②锤头行程打击速度或打击能量可调节③充填型槽能力强④提高锻件的使用寿命⑤生产率高⑥机械加工余量小，成本较低

自由锻优缺点：①工具简单通用性强，灵活性大，适用单件和小批量锻件，适用于新产品试制等②锻件精度低加工余量大，生产效率低，劳动强度大

２Ｏ１　７年第５期　

图７ａ给出了Ｍａｘｏｎ伺服电动机的阶跃响应频谱　

曲线，该阶跃响应的频谱曲线是基于识别的参数通过　

调谐的ＰＩＤ控制器获取的。图７ｂ描述了参考数据和　

编码器之间的误差。图７ｃ为车床系统的阶跃响应图，　

据可知：阶跃位置与响应时间呈现正相关。　

估计系数　

ｔ／ｓ　（ａ）ＩｋＳｐｓ的识别过程　估计系数　

（ｂ）　伺服电动机　ｔ／ｓ　（ｂ）３ｋＳｐｓ的识别过程　图６实验结果　

３　结语　（ｄ）　

图７阶跃响应曲线　

（１）本文提出了一种基于ＲＬＳ的数控机床伺服控　

制系统的基本构架，并且基于本构架，通过仿真及实验　

研究分别得出传递函数，通过比较发现：仿真分析与实　

验分析所得的传递函数与基于ＲＬＳ逆推得出的传递　函数有着较高的一致性，说明本文所建立的基于ＲＬＳ　

的数控机床伺服控制系统的基本构架合理可靠。　

（２）本文中针对数控机床的伺服控制过程较复杂　

的特点，提出基于ＲＬＳ的理论模型的ＡＳＰＲＥＬＳ—Ｉ处　

理器。在运行过程中，基于本文提出的ＲＬＳ理论的　

ＡＳＰＲＥＬＳ—Ｉ处理器的运行效率提高了近ｌ０倍；并　

且，在单个内部模块中，实现多个处理器ＦＰＧＡ的并行　

操作。此外，将识别系统和控制系统建立在单个芯片　

上，使其成本降低，成为一个强大的用于控制应用的高　

性能解决方案。　

参考文献　

［１］汪木兰，张崇巍，林健，等．数控机床用直线电机伺服试验平台开发　及应用［Ｊ］．中国机械工程，２０１２，２３（３）：２７４—２７８．　［２］陈崇森．数控机床永磁同步电机伺服驱动系统关键技术研究［Ｄ　．　广州：华南理工大学，２００８．　［３］徐少华，曹文成．数控机床伺服系统中伺服电机的应用［Ｊ］．泰州　职业技术学院学报，２００９（３）：４８—５０．　［４］郭庆鼎，孙艳娜，刘惠严．数控机床用直线式交流伺服电机及其控　制策略［Ｊ］．组合机床与自动化加＿Ｔ技术，２０００（５）：３４—３６．４４．　［５］Ｄａｉ　Ｘ，Ｈ　Ｄ，Ｚｈａｎｇ　Ｔ．ＭＩＭＯ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎｖｅｒｔｉｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｄｅｅｏｕｐｌｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ　ｂａｓｅ　ｏｎ　ＡＮＮ　ｏｒｄｅｒ　ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ［Ｊ］．１ＥＥ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ—Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，２００１，１４８（２）：１２５—１３６．　［６］Ｓｅｕｎｇ—Ｈｏ　Ｓ．Ｓｅｕｎｇ—Ｋｉ　Ｓ．Ａ　ｎｅｗ　ｔｅｎｓｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｆｏｒ　ｅｏｎｌｉｎｕｏｕｓ　ｓｔｉｐ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｌｉｎｅ．１ＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．ｏｎ　Ｉｎｄｕｓｔ￣Ａｐｐｌｋ’ａｔｉｏｎｓ，２０００．３６（２）：　６３３—６３８．　［７］郭维新．数控机床进给伺服电机的选择［Ｊ］＋机械研究与应用，１９９６　

锻造法兰的生产工艺流程：

锻造工艺过程一般由以下工序组成，即选取优质钢坯下料、加热、成形、锻后冷却。锻

造的工艺方法有自由锻、模锻和胎膜锻。生产时，按锻件质量的大小，生产批量的多少选择

不同的锻造方法。

自由锻生产率低，加工余量大，但工具简单，通用性大，故被广泛用于锻造形状较简单

的单件、小批生产的锻件。自由锻设备有空气锤、蒸汽-空气锤和水压机等，分别适合小、

中和大型锻件的生产。模锻生产率高，操作简单，容易实现机械化和自动化。模锻件尺寸精

度高，机械加工余量小，锻件的纤维组织分布更为合理，可进一步提高零件的使用寿命。（本

文转自：三环法兰网）

一、自由锻的基本工序：自由锻造时，锻件的形状是通过一些基本变形工序将坯料逐步

锻成的。自由锻造的基本工序有镦粗、拔长、冲孔、弯曲和切断等。

1.镦粗 镦粗是对原坯料沿轴向锻打，使其高度减低、横截面增大的操作过程。这种工

序常用于锻造齿轮坯和其他圆盘形类锻件。镦粗分为全部镦粗和局部锻粗两种。

2.拔长 拔长是使坯料的长度增加，截面减小的锻造工序，通常用来生产轴类件毛坯，

如车床主轴、连杆等。

3.冲孔 用冲子在坯料上冲出通孔或不通孔的锻造工序。

4.弯曲 使坯料弯曲成一定角度或形状的锻造工序。

5.扭转 使坯料的一部分相对另一部分旋转一定角度的锻造工序。

6.切割 分割坯料或切除料头的锻造工序。

二、模锻 模锻全称为模型锻造，将加热后的坯料放置在固定于模锻设备上的锻模内锻

造成形的。

1.模锻的基本工序 模锻工艺过程：下料、加热、预锻、终锻、冲连皮、切边、调质、

喷丸。常用工艺有镦粗、拔长，折弯、冲孔、成型。

2.常用模锻设备 常用模锻设备有模锻锤、热模锻压力机、平锻机和摩擦压力机等。

通俗地讲，锻造法兰质量更好，一般是通过模锻生产，晶体组织细密，强度高，当然价

格也贵一些。 法兰锻件网