汽车控制臂辊锻制坯开式模锻成形工艺研究

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高强度异形臂一次模锻成型技术探析

针对上述问题，我公司经过不断修改工艺参数以及几十次的工艺试验，最终制作成功了15种异形臂共用的锻压通用模具，通过调整锻压模具中的活块，进而调整模具尺寸，以模锻获得多种尺寸的异形臂，且产品经过超声波探伤仪检测、金相检验及机械性能检测，各项技术指标完全满足要求。应用该异形臂生产方法，节省了锻压模具的制作时间，节约了模具制造成本 400 万元左右，解决了模锻过程中调换模具的难题。
针对锻件特点，结合工厂实际情况，确定了辊锻机制坯、摩擦压力机模锻的锻造工艺，其流程为：下料→ 中频感应加热 → 辊锻制坯 → 弯曲 → 锻造 → 切边 → 校正（弯曲）。15 种异形臂制作共用一副模锻通用模具，如图2所示。15种异形臂模锻压时分别只需通过调整通用模具上模（图3）的件2及件3来调整异形臂尺寸，在模锻工序中不需要大量模具，也不需要大
3 高强度异形臂一次模锻成型技术方案论述
3.1 项目产品生产工艺流程异形臂生产工艺流程：锻坯料→ 铣坯料平面→数控气割
外形（按不同种类异形臂）→模锻工艺设计→模具设计→模具加工及各种辅助装置的设计，加工坯料→ 加热→ 模锻（通用模具，15种异形臂共用一副模具）→ 热处理→ 机械加工→ 探伤检验及其他各项理化检测→渗氮处理→检测→入库。
采用一次模锻成型技术的异形臂抗拉强度≥980 MPa，屈服强度≥650 MPa，抗压能力强，产品不易变形，提高了汽
图2 通用模具 3.2.2 模

汽车半轴锻造成形工艺设计

汽车半轴锻造成形工艺设计王建勇，王荣景（第一拖拉机股份有限公司中小轮拖装配厂，河南洛阳 471003）摘　要：汽车制造过程中，半轴法兰盘对汽车整体的强度和稳定性有一定的影响，传统的汽车半轴锻造成形工艺存在一定的缺点。

文章从传统半轴锻造成形工艺存在的问题入手，给出了一种新的半轴锻造成形工艺设计思路——液压机闭式锻模工艺，对这种工艺进行了数据和可行性分析，通过与传统的半轴锻造成形工艺进行对比，得出新工艺的可行性，希望给半轴锻造相关领域的研究工作者提供一定的帮助和启发，推动我国汽车制造业的发展。

关键词：汽车制造；半轴锻造；成形工艺中图分类号：TG316 文献标志码：A 文章编号：1672-3872（2019）18-0154-01——————————————作者简介：王建勇（1971—），男，河南新乡人，本科，工程师，研究方向：曲轴锻造工艺。

1 原有工艺存在的问题传统的半轴锻造成形工艺主要是锤上胎模锻工艺，不过这种工艺存在质量和产量上的劣势，很快就被平锻半轴工艺所取代，平锻半轴工艺相比于传统的锤上胎工艺，在产品质量和生产效率上都有很大程度的提升。

由于设备要求高，维护困难，投入费用大等劣势，很多生产厂商受到规模和成本的限制，很难选择平锻半轴工艺，因此传统的最为常用的半轴锻造成形工艺是摆动碾压半轴工艺，虽然摆动碾压半轴工艺具有经济性能好的优点，但是产品质量存在一定问题而广受质疑，最为严重的就是半轴法兰盘的毛边问题需要增加粗车工序进行打磨，另外，法兰盘上下圆心不同轴，导致半轴的应力结构不均衡，影响其整体的工作效率[1]。

2 工艺设计2.1 工艺方案的确定选取的工艺为液压机闭式模锻结合杆部免加工工艺对半轴进行锻造成形处理，在处理前，需要结合工艺的特点确定工艺方案，主要包括胚料尺寸，该工艺对下料精度要求不高，保证下料充足即可，余料导致的法兰盘厚度的增加对其整体的结构不会造成影响，胚料选择主要是满足半轴需求和损耗即可。

摇臂成形过程数值模拟

＿ｌ～｜ ●。１．Ｊ．－．｛＿一１ｌ．，； ●
擦闪子定义取为０．４；采』｝】共轭悌度求解、卣接迭代法计算；坯料的温度选为４６０ｑ（：，１模、下模的温度设为２００｛：，假设温度不发生变化，在仿真模拟时采川四面体网格最划技术锅合金摇臂尺寸大、形状复杂，模拟怙】期Ｋ，为节竹模拟时Ｉ－Ｈ］，采』４００００个四面体网格对坯料进行划分
科技信息
河南省黄泛区农场王淮欣
［摘要］摇臂现阶段成形工艺多、生产效率低、劳动强度大，本文通过对摇臂三维几何模型的建立，采用辊锻制坯工艺，结合摇臂的形状特点，合理的设计弯曲模，对模锻成形过程进行数值模拟，分析了其成形缺陷［关键词］摇臂辊锻开式模锻数值模拟率相对较大，并且型腔内部无大应变，可以获得较均匀的组织性能，但表面延伸率较大的出现在飞边部分．可能会｝ “ 现缺陷，仉可以通过ｌ刃边除去。
（ｈ）等效应变分布网罔５分布罔
Ｉ２弯曲型腔
根据计算的毛坯截面，选取合适的坯料，辊锻制坯后辊锻件各段【 ∈ 度一致，只在相应区段半径小，对坯料弯曲、终锻过程进行相应的数
值模拟及分析２．有限元模型摇臂模锻成彤过程巾，弹性变形部分远小于塑性变形部分，因而可以忽略弹性变形而建立刚一甥性材料模型模具材料定义为刚性体，１件材料选取ＡＬＵＭＩＮＵＭ一６０６ｌ，坯料与模具的摩擦方式为剪切摩擦，摩

汽车铝合金摆臂锻造工艺仿真分析

本文选用的摆臂材料是６ＸＸＸ系铝合金中的６０８２铝合金，其工艺性较好，主要应用于辊锻、轧制、锻造、冲压成型等 …。同时该铝合金具备较好的延展性、抗腐蚀性及优良的可焊接性，因此６０８２铝合金是
（１．安徽工程大学机械与汽车工程学院，安徽芜湖２４１０００；２．安徽骆氏升泰汽车零部件有限公司，安徽芜湖２４１０００）
摘要：为有效缩短产品研发周期、节约开支及降低成本，在铝合金摆臂锻造工业生产中，选用下料、高温热处理、辊锻制
第３４卷第９期
Ｖ０１．３４ＮＯ．９
新乡学院学报
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＸｉｎｘｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
２０１７年９月
Ｓｅｐ．２０１７
汽车铝合金摆臂锻造工艺仿真分析
周俊。，时培成，李云召
前悬挂下直臂（图１），故将一般工艺流程中弯曲环节
改成了压扁环节，这有利于锻坯平稳地置于模锻下模具上．同时也有利于材料充分地填充至模具的各个枝芽，避免了坯料在模锻过程中移动和填充不充分现象
的产生
ａ辊锻一道次ｂ辊锻二道次
坯、压扁、模锻成型、余边去除、锻件检测等工艺流程，并以ＤＥＦＯＲＭ一３Ｄ软件为平台，利用有限元方法对铝合金摆臂锻造成形过程进行建模及仿真研究，分析铝合金摆臂在锻造过程中冷挤压金属的流动规律。结果表明，此锻造工艺可以较好

1模锻方法与工艺

2 锻造种类
（三）按行业应用
■柴油机锻件柴油机是动力机械的一种，它常用来作发动机。以大
型柴油机为例，所用的锻件有汽缸盖、主轴颈、曲轴端法兰输出端轴、连杆、活塞杆、活塞头、十字头销轴、曲轴传动齿轮、齿圈、中间齿轮和染油泵体等十余种。
■船用锻件船用锻件分为三大类，主机锻件、轴系锻件和舵系锻
件。主机锻件与柴油机锻件一样。轴系锻件有推力轴、中间轴艉轴等。舵系锻件有舵杆、舵柱、舵销等。
模闭式精密模锻还可锻出垂直于锻击方向的孔或凹坑，材料利用率平均提高20%左右； ▼毛坯在封闭的模膛内成形，变形金属处于更加强大的三向压力状态，有利于提高金属材料的塑性和产品的力学性能； ▼可分凹模闭式精密模锻可减少甚至取消制坯工步，省去切边和辅助工序，生产率平均可提高25%~50%。闭式精密模锻主要问题：对于一些大中型锻件模具寿命低，需采取多种措施逐步解决。
5 模锻件类型
（1）饼盘类
❖ 外形为圆形面，高度较小
5 模锻件类型
（2）法兰凸缘类
其外形为回转体，带有圆形或长宽尺寸相差不大的法兰和凸缘。
5模锻件类型
（3）轴杆类
其杆部为圆形，带有圆形或非圆形头部，或中间局部粗大的直长杆类。
（4）杯筒类
5 模锻件类型
5 模锻件类型
（5）枝芽类
包括单枝芽、多枝芽的实心和空心类锻件。
■石油化工锻件锻件在石油化工设备中有着广泛的应用。如球形储罐的人孔、
法兰，换热器所需的各种管板、对焊法兰催化裂化反应器的整锻筒体（压力容器），加氢反应器所用的筒节，化肥设备所需的顶盖、底盖、封头等均是锻件。
2 锻造种类
（三）按行业应用
■矿山锻件按设备重量计算，矿山设备中锻件的比重为12-24%。矿山设

枝芽类控制臂成形工艺研究

模具技术２１．ｏ１０２Ｎ．
文章编号：０１４３（０２０ —０７０１０ —９４２１）１０３ —４
３７
枝芽类控制臂成形工艺研究
杨大强，石文超，张辉，李晓冬，薛克敏
（．海交通大学１上２合肥工业大学．材料科学与工程学院，海２０３；上０００合肥２００）３Ｏ９材料科学与工程学院，安徽
为了节约材料和降低能源的损耗，高生提
及模锻成形过程速度场、成形载荷、等效应力场和等效应变ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ等变化规律。结果表明：
枝芽类控制臂辊锻制坯、锻成形的工艺能获得成形质量良好的锻件，模并提高了材料
利用率及生产率。关键词：制臂；控辊锻；锻；值模拟模数中图分类号：Ｇ３６Ｔ１文献标识码：Ａ
ｏｈｒｅｆｒｉｇａｄｄｅｆｒｉｇｏｈｏｔｏｒ，ｔｅｐｏｅｓｏｏｌｆｒｉｇｆｒｒｄｆｔｅｆｅ．ｏｇｎｎｉ－ｏｇｎｆｔｅｃｎｒｌａｍｈｒｃｓｆｒｌｏｇｎｏｏｂａｋａｄｄｅｆｒｉｇｗａｒｐｓｄ．Ｂｙｄｓｇｉｇｔｅｓｚａａｔｒｆｅｃｒｉｇｓｅｌｎｎｉｏｇｎｓｐｏｏｅｅｉｎｎｈｉｅｐｒｍｅｅｓｏａｈｗｏｋｎｔｐｆｒｒｌｎｏｇｎｏｏｌｇｆｒｉｇ，ｔｅ３ｅｍｅｒｃｌｍｏｅｓｃｎｔｕｔｄ．Ｔｈｏｇｎｒｃｓｅｓｉｈｄｇｏｔｉａｄｌｗａｏｓｒｃｅｅｆｒｉｇｐｏｅｓｓｗａｓｍｕａｅｙｕｉｇｔｅｓｆｗａｅｏｅｏｍ．ＴｈｈｎｅｐｔｅｎｆｖｌｃｔｉｌｉｌｔｄｂｓｎｈｏｔｒｆＤｆｒｅｃａｇａｔｒｓｏｅｏｉｙｆｅｄ，ｆｒｉｇｏｇｎ

锻模设计(含实例)

由此，计算毛坯上任一处的直径 d 计为：
d 1.13 A 计右图为完整的计计算毛坯图,
包括锻件图、截面图和直径图。
2 ) 坯料规格尺寸计算
(1) (2)
平确
均定A均截计面算VL积毛计计

与平均坯的头
直径部和
杆部
长轴类锻件的平均截面积与d平均均直1.径13，A用均
如下公式计算：
平均截面积：
步骤：
绘制冷锻件图；
在锻件图上选取若干具有代表性的截面，分别计
算出A计；
求出各相关截面的折算
h A/M 计
计
高度h计，即用缩尺比 M 除
A计，得：
通常取（M=20～50 mm2/mm）
将折算高度 h计等比例沿轴向画出锻件截面积分布图。
（3）计算毛坯直径图
折算高度 h计表示该轴类锻件相关处的截面积。
d拐 —杆部与头部交接处的直径：
说明： α 值越大，流向头部的金属体积越多；
○ β 值越大，金属沿轴向流动的距离越长；
K 值越大，表明杆部锥度大，小头和杆部金属过剩；
G 值越大，制坯难度加大。
(4) 根据繁重系数确定制坯工序的初步方案
图中：不—表示无需制坯工序；卡—需卡压制坯；开—需开式滚挤制坯；闭—需闭式滚挤制坯。
二、热模锻压力机、平锻机吨位的确定
热模锻压力机、平锻机吨位用公称压力表示。
1、热模锻压力机吨位根据锻件终锻时最大变形力计算。
经验公式：
F = （6.4～7.3）k A ，（kN）
式中 k —材料系数。取 k = 0.9 ～1.25；
对于高强度钢材，取上限。
二．平锻机吨位经验公式：
○ F = 57.5kA，kN。

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Ｆｏ＝１１Ｘ５１５．２ｍｍ＝５３．ｍｍ６７５
Ｂ— ＢＣ — ＣＤ — Ｄ
（）道次坯毛尺寸ａ一
通过三维造型软件对汽车摆臂实体建模，可得其体积＝１７５０１１８ｍ，故坯料的长度Ｌ＝６０．０２ｍ
（５２０～４０Ｃ）８￣，初始温度为４０Ｃ。模具材料选为０￣ＡＳ— １，将模具视为刚体，不发生弹塑性变形。ＩＩ３Ｈ一
（）二道次辊锻ｂ
图４辊锻件温度场分布
参。婺翌磊工 …
翥４荔５
锻压
确定辊锻道次主要依据金属伸长率的大小及锻件成
形的难易程度。辊锻道次可按下式确定：
Ｚ＝ｌＡｌＢｇ／ｇ
式中
４ —总伸长系数，Ａ＝／＝５３．／０ — Ｆ６７５９０
＝
得的锻件温度分布，经一道次辊锻变形后，温度变为２９～３２Ｃ。其中最高温度出现在锻件中部，这５４￣
６３；．
Ｂ —平均伸长系数，取１５—２５ — ．．。本例选用闭式辊锻，原始坯料在轴向有较大的伸长率，故曰取较大值２５，代人上式计算得：Ｚ＝．２０。考虑到辊锻过程中，坯料的变形较为简单及．１简化工艺过程等因素，ｚ圆整取为２。将辊锻制坯分为两道次，根据辊锻压下量和伸长量合理分配，第
吼蛆
ＢＢＣ— ＣＤ— Ｄ
（）道次坯毛尺寸ｂ二
（）确定辊锻道次多道次辊锻制坯可有效地３解决锻件截面差大的问题，使制坯形状更接近于锻
件展开后的直线形状，减少锻件飞边，节省原材料。
４ — 图０＿｝一
３
辊锻 ห้องสมุดไป่ตู้ ，将辊锻模预热到２０Ｃ。摩擦模型为切应力０￣
摩擦，摩擦因子设为０４．。坯料与模具接触面的传热
系数为１Ｗ／（Ｉｋ，咬入方式采用端部自然咬１Ｉ。・）Ｔ
入，咬人角定为１。８。图４、图４ａｂ分别为辊锻一道次和二道次后所获
ｔｌＦｏｍｉｇａｒｎ
由模拟结果可知，一道次辊锻后，该部位金属温度
一
当坯料辊锻至第４和第９４步６步时（图５见ｂ、图
５）ｄ，已变形区金属流动速度明显大于未变形区速度。这是因为当金属因辊锻而发生塑性变形时，除了沿锻
锻压
ｔｌＦｏｍｉｇａｒｎ
Ｆｏ＝ｋＦ…
１
１Ｂ
１Ｃ
１Ｄ
式中
—
—— 原始毛坯截面积；
—
截面增大系数，介于１０～２０之间。．．
— Ｂ
— Ｃ
— Ｄ
Ｆ …—— 锻件最大截面积。
因采用闭式辊锻，截面积变化率较小，故ｋ取１１．，按汽车摆臂的相关数据代人得：
Ｆ一３３ｏ１ｍｍ，取Ｌ＝３５１ｍｍ。
．ＪＩ一Ｂ — Ｃ — Ｄ
根据本例所设计汽车摆臂辊锻件制坯图样的特
点，取原始坯料形状为矩形坯料，尺寸为４ｍｍＸ５
１５２ｍｍ１ｍｍ。Ｘ３５
ＡＡ
一
是由于该区域变形量最小，故锻件与模具的接触面
积减少，导致两者热量交换受阻，锻件温度在一定程度上保持较高值。经第二道次辊锻时，若用来成
—＿瓣Ｉ
形第二道次端部矩形凸台部分的坯料温度降低过大，
（）一道次辊锻ａ
轴向伸长，充填辊锻模型腔。
３．汽车摆臂件辊锻计算机仿真
运用Ｄｆｍ一Ｄ有限元软件，采用刚塑性有限元ｅｒ３ｏ法，对辊锻一道次制坯、二道次制坯及开式模锻过
一．．
程进行计算机仿真模拟。坯料选用ＡｕＩｕ２１ＬＭＮＭＩ４０
直保持在３０Ｃ左右的合理范围内，因而毛坯金属３￣
保持着较高的塑性。
图５为辊锻一道次时金属流动速度云图。从图中可看出，辊锻时金属的流动方向均沿着锻辊咬人
辊咬人方向流动外，还发生了逆着锻辊咬入方向的轴向伸长变形，从而导致未变形区速度有所降低。当坯料变形量最小时（图５）见ｃ，整个辊锻件金
图３所示）。辊锻件端部为矩形凸台，其余部分为厚
度均等的变截面楔形。一道次辊锻后，无需将锻件
翻转９。０直接进行第二道次辊锻。整个辊锻过程中，锻件楔形部分厚度始终为４ｍｍ，没有宽展，金属沿４
会使金属难于流动，进而对该部位的成形造成困难。
温度／＇Ｃ
４２０００
道次初步成形，第二道次获得所需尺寸的辊锻件。
Ｍ３３３
（）确定各道次辊锻的毛坯尺寸在工艺中，４两道次辊锻所得坯料形状相似，尺寸有所不同（如