CN106424529B - 三角形铝合金控制臂的锻造成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三角形铝合金控制臂的锻造成形方法，旨在克服现有技术存在的产品质量低，材料利用率低和生产效率低的问题，其步骤：1.下料；2.坯料加热：将步骤1中的坯料在电感应加热炉中进行加热，加热温度为420～480℃，保温5～8min，使得坯料加热均匀，锻造完成后动态再结晶已经完成，形成均匀的组织；3.辊锻成形：1)计算辊锻道次n，2)辊锻成形：包括(1)第一道次辊锻成形至(4)第四道次辊锻成形；4.错移成形；5.压扁成形；6.预锻成形；7.终锻成形：在预锻成形的基础上进行终锻成形，终锻成形按照热锻件图设计模具，把预锻件放入终锻模具型腔内，然后在压力机的作用下得到终锻成形的零件；8.锻件整形。

Description

三角形铝合金控制臂的锻造成形方法

技术领域

本发明涉及一种控制臂的锻造方法，更确切地说，本发明涉及一种汽车用三角形铝合金控制臂的锻造成形方法。

背景技术

汽车控制臂作为汽车悬架的重要组成部分，用于传递车轮所需的各向支撑力，以及承受全部的前后方向的应力。它是底盘***的重要安全件，在设计中要求强度高，可靠性好。它的疲劳强度直接关系到车辆和乘员的安全。通常需要进行实验室台架试验以确保其达到设计的耐久性要求。这样，合适的试验载荷、试验的循环次数和加载方式，对于能否真实地反映控制臂的耐久性和保证其在道路试验中能否达到设计的要求就变得非常重要。

控制臂的结构分为单控制臂、叉形控制臂和三角形控制臂。单控制臂的臂体是一个直的或弯的杆状结构，这类结构主要用于多连杆悬架，其一端嵌装球铰，与轮毂连接，另一端压装衬套，与副车架或车身相连。两个单控制臂配合使用，可以传递来自车轮的横向和纵向载荷。叉形控制臂用于双横臂独立悬架的上下臂或麦弗逊悬架的下臂，属于双衬套、单球铰结构，其叉(V)形边的自由端压装衬套，与副车架或车身相连；球铰嵌装在V形的尖端，与轮毂连接，臂体的V形结构主要传递横向载荷。三角形控制臂多用于前悬麦弗逊悬架的下臂，用来传递横向和纵向载荷，控制车轮与车身的相对运动，有双衬套单球铰和双球铰单衬套两种。无论哪种控制臂，其臂体的基本结构类似，都是杆形件，杆是直的或弯曲的，横截面形状多样，两端均包括压装衬套的衬套孔和镶装球形铰套的半球坑，沿臂体长度方向双面还设有减重坑，衬套孔和减重坑的开口方向与球形铰坑垂直，尺寸允许偏差±1mm，上下面与垂直面之间为圆角连接。除衬套孔、球铰坑外，均为非切削加工面。铝合金控制臂大都采用锻造成形。

参阅图1，现有的三角形控制臂锻造方法步骤如下：

1.下料，以铝合金挤压型材为原材料，采用带式锯床按需要的长度进行锯切，坯料为圆棒料；

2.加热，将切取好的圆棒料放在电加热炉中进行加热，控制加热温度为420～480℃，加热温度的均匀性为±10℃；

3.自由锻制坯，将加热好的料，人工在空气锤上按照三角形形状进行自由锻成形，使三个方向材料的体积得到合理分配；

4.预成形模锻，将体积分配好的自由锻制坯放入模具型腔中锻造成形，采用开式锻模，设备可采用摩擦压力机或曲柄压力机；

5.修复，步骤3的自由锻制坯进行体积分配时成形不均匀，表面不平整，坯料在预成形模锻时由于两侧金属流动不一致产生折叠缺陷，将产生的折叠用手砂轮等工具打磨去掉，得初成形坯料；

6.二次加热，将经步骤5修复后的初成形坯料放在电加热炉中进行加热，控制加热温度为420～480℃，加热温度的均匀性为±10℃；

7.终成形模锻，将经步骤6处理的初成形坯料放入终锻模具型腔中锻造成形，得到终锻成形件；

8.切边，利用机械式压力机，采用冷切方式采用切边模具将步骤7得到的终锻成形件的飞边去除。

这种控制臂的锻造成形工艺存在以下问题：

1.由于三角形控制臂在三个端头方向跨度比较大，形状比较复杂，利用自由锻工艺容易使坯料表面产生折叠，局部也不易充满，需要增加修复工艺去除折叠，从而导致产品质量低和生产时间的延长，增加了生产时间；

2.由于自动化程度不高，影响产品生产效率；再次，电加热炉加热不利于控制坯料的加热速度及加热的均匀性，影响产品成形性能；

3.采用冷切边的方式，产品在终成形模锻以后需要冷却一段时间再切边，产品制造工序不连续，延长了产品生产时间，降低了生产效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的产品质量低，材料利用率低和生产效率低的问题，提供了一种生产效率高且产品质量好、生产成本低的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法的步骤如下：

1)下料；

2)坯料加热；

3)辊锻成形；

4)错移成形；

所述的错移成形是指：

(1)把第四道次辊锻件放置在错移下模中，使第四道次辊锻件与错移下模贴合；

(2)1号错移上模和2号错移上模一起向下运动，由于错移下模一端设置圆角，当1号错移上模向下运动时带动第四道次辊锻件夹持端沿着错移下模轮廓向下移动而另一端被固定从而实现第四道次辊锻件的错移运动，其中2号错移上模起到固定的作用，防止在错移过程中第四道次锻件发生歪斜；

(3)第四道次锻件在错移成型过程中上表面向下移动距离为28～30mm，错移成型后锻件一端形状基本不变，而第四道次锻件的夹持端由于受到上下模具的相互作用材料发生偏移，根据成形件的特点错移28～30mm距离后夹持端的材料流动合理，满足后续成形的要求；

5)压扁成形；

6)预锻成形；

7)终锻成形；

8)锻件整形。

技术方案中所述的下料是指：

1)坯料尺寸计算；

根据毛坯上各截面的面积等于锻件上相应截面积加上飞边的面积，即有以下公式(1)所示：

A_j＝A_d+A_f (1)

式中：A_j为任意一处计算毛坯的横截面积；

A_d为相应锻件的横截面积；

A_f为相应飞边的横截面积；

取最大部位的截面直径为圆棒料直径D；

根据体积相等的原则，求出圆棒料的长度为L；

2)采用带式锯床对挤压圆棒料进行切割，得到直径和长度符合要求的坯料。

技术方案中所述的坯料加热是指：

将下料步骤中得到的坯料在电感应加热炉中进行加热，加热温度为420～480℃，保温5～8min，使得坯料加热均匀，完成动态再结晶，形成较均匀的组织。

技术方案中所述的辊锻成形是指：

1)计算辊锻道次n

利用公式(2)和(3)计算辊锻道次n：

式中：

λ_p为平均拉伸系数，铝合金取λ_p＝1.6进行计算；

式中：F₀为下料后坯料截面积，F_n为辊锻后辊锻件截面积；

经过计算得到三角形铝合金控制臂的n＝4，采用椭圆—方形—椭圆—方形型槽四道次辊锻工艺成形，辊锻机的锻辊半径为280mm；

2)辊锻成形

(1)第一道次辊锻成形

将坯料加热步骤中得到的加热后的坯料利用机械手夹住夹持端，送入第一道辊锻模具中，上、下辊锻模旋转一周完成坯料由圆形截面向椭圆形截面变形的第一道次的辊锻，即获得第一道次辊锻件，其中夹持端直径保持不变；

(2)第二道次辊锻成形

辊锻机械手将第一道次辊锻件平移至第二个工位，夹钳将第一道次辊锻件绕其轴线旋转90°，与第二道次辊锻模定位，上、下辊锻模旋转一周后完成第二道次辊锻成形，由第一道次辊锻件的椭圆形截面辊锻成方形截面，其中夹持端直径保持不变，获得第二道次辊锻件；

(3)第三道次辊锻成形

辊锻机械手将第二道次辊锻件平移至第三个工位，夹钳将第二道次辊锻件绕其轴线旋转90°，与第三道次辊锻模定位，上、下辊锻模旋转一周后完成第三道次辊锻成形，由第二道次辊锻件的方形截面辊锻成椭圆形截面，其中夹持端直径保持不变，获得第三道次辊锻件；

(4)第四道次辊锻成形

辊锻机械手将第三道次辊锻件平移至第四个工位，夹钳将第三道次辊锻件绕其轴线旋转90°，与第四道次辊锻模定位，上、下辊锻模旋转一周后完成第四道次辊锻成形，第三道次辊锻件的椭圆形截面辊锻成方形截面，其中夹持端直径保持不变，获得第四道次辊锻件。

技术方案中所述的压扁成形是指:

把错移成形步骤中得到的零件放在压扁下模底板上，其中压扁下模侧板、侧限位动块和正限位动块起到限位的作用，防止压扁过程中零件的偏移，然后压扁上模在压力机的作用下向下移动，使零件减薄50～55mm，压扁成形步骤的主要作用是使辊锻成形中夹持的一端压扁成平面并且保证材料流动的均匀性。

技术方案中所述的预锻成形是指:

将压扁成形后的零件放入预锻模膛内，然后调整好压扁成形件的位置，在上下模的作用下完成预锻成形，其中预锻成形过程中由于劈料台的作用使得夹持端材料在劈料台的作用下向两侧流动，由于飞边槽和阻力沟的作用使得材料填充更加饱满，最终锻成预锻件。

技术方案中所述的终锻成形是指:

1)在预锻成形的基础上进行终锻成形，终锻成形按照热锻件图设计模具；

2)把预锻件放入终锻成形模具型腔内，然后在安装有终锻成形模具的压力机的作用下完成终锻成形，得到终锻成形件。

技术方案中所述的锻件整形是指:

对终锻成形的零件采用热切边的方式进行切边，切边由安装有切边模具的机械压力机完成，切边温度控制在450～480℃，切边完成后得到的产品零件—三角形铝合金控制臂。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法采用四道次辊锻方式完成坯料的体积分配，防止了坯料在预成形模锻时产生折叠缺陷，减少了修复工序，有效简化了产品的生产工艺，缩短了产品的生产时间，提高了产品的生产效率；

2.本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法通过错移和预锻工序使得材料的流线成形合理，防止了控制臂锻造过程中材料流动不均匀，防止了材料充不满的缺陷，得到的控制臂质量更加优良；

3.本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法的预锻模具上设置阻力沟，一方面增大了金属流动的阻力，迫使金属充满模膛，另一方面减少了飞边，增大了材料利用率，同时在预锻模具上合理设置劈料台进一步减少了加工工序，使得材料流动均匀合理；

4.本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法使用挤压棒材作为原材料，减少原材料的预处理时间，缩短产品的总生产时间，提高了生产效率，同时能够提高原材料的利用率，降低制造成本。采用电感应加热，提高坯料的加热速度及加热均匀性，缩短产品的生产时间，提高产品的生产效率；同时坯料均匀受热，有利于下一工序的操作，能保证产品的性能；

5.本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法采用热切边的方式，成品不需要冷却即可完成切边，提高了终成形模锻与切边工序之间的连续性，节省了产品生产时间，提高了产品的生产率；同时热切边方式能够提高产品表面光洁度。

6.本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法大大增大了自动化程度，使得产品成形时间大幅度降低。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为现有技术中三角形铝合金汽车控制臂的锻造成形方法的工艺流程图；

图2为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法的工艺流程图；

图3为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中最终成形的三角形控制臂的轴测投影视图；

图3-a为图3中三角形铝合金控制臂A-A处的剖面图；

图3-b为图3中三角形铝合金控制臂B-B处的剖面图；

图3-c为图3中三角形铝合金控制臂C-C处的剖面图；

图3-d为图3中三角形铝合金控制臂D-D处的剖面图；

图3-e为图3中三角形铝合金控制臂E-E处的剖面图；

图4-1为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中采用的下料后坯料主视图；

图4-2为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中采用的下料后坯料左视图；

图5-1为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中第一道次辊锻后得到的辊锻件的主视图；

图5-2为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中第一道次辊锻后得到的辊锻件的左视图；

图5-a为图5-1中第一道次辊锻件A-A处的剖面图；

图5-b为图5-1中第一道次辊锻件B-B处的剖面图；

图5-c为图5-1中第一道次辊锻件C-C处的剖面图；

图5-d为图5-1中第一道次辊锻件D-D处的剖面图；

图6-1为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中第二道次辊锻后得到的辊锻件的主视图；

图6-2为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中第二道次辊锻后得到的辊锻件的左视图；

图6-a为图6-1中第二道次辊锻件A-A处的剖面图；

图6-b为图6-1中第二道次辊锻件B-B处的剖面图；

图6-c为图6-1中第二道次辊锻件C-C处的剖面图；

图6-d为图6-1中第二道次辊锻件D-D处的剖面图；

图7-1为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中第三道次辊锻后得到的辊锻件的主视图；

图7-2为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中第三道次辊锻后得到的辊锻件的左视图；

图7-a为图7-1中第三道次辊锻件A-A处的剖面图；

图7-b为图7-1中第三道次辊锻件B-B处的剖面图；

图7-c为图7-1中第三道次辊锻件C-C处的剖面图；

图7-d为图7-1中第三道次辊锻件D-D处的剖面图；

图8-1为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中第四道次辊锻后得到的辊锻件的主视图；

图8-2为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中第四道次辊锻后得到的辊锻件的左视图；

图8-a为图8-1中第四道次辊锻件A-A处的剖面图；

图8-b为图8-1中第四道次辊锻件B-B处的剖面图；

图8-c为图8-1中第四道次辊锻件C-C处的剖面图；

图8-d为图8-1中第四道次辊锻件D-D处的剖面图；

图9-1为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中错移下模结构组成的主视图；

图9-2为图9-1中错移下模A-A处的剖视图；

图9-3为图9-1中错移下模B-B处的剖视图；

图10-1为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中1号错移上模结构组成的主视图；

图10-2为图10-1中错移上模A-A处的剖视图；

图10-3为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中1号错移上模结构组成的仰视图；

图11-1为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中2号错移上模结构组成的俯视图；

图11-2为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中2号错移上模结构组成的主视图；

图11-3为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中2号错移上模结构组成的左视图；

图12-1为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中压扁上模结构组成的主视图；

图12-2为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中压扁上模结构组成的俯视图；

图13为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中错移和压扁工序中模具结构组成的主视图；

图14为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中错移和压扁工序中模具结构组成的俯视图；

图15为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中压扁工序中模具结构组成的左视图；

图16为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中错移工序中模具结构组成的局部剖视图；

图17-1为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中预锻工序中上模结构组成的主视图；

图17-2为图17-1预锻工序中上模A-A处剖面视图；

图17-3为图17-1预锻工序中上模B-B处剖面视图；

图18为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中错移工序后锻件的主视图；

图19为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中压扁工序后锻件的主视图；

图20-1为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中预锻工序后锻件左视图；

图20-2为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中预锻工序后锻件主视图；

图20-3为图20-2中A-A剖视图；

图20-4为图20-2中B-B剖视图；

图21-1为图21-2中A-A处剖视图；

图21-2为本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法中终锻工序后锻件主视图；

图中：1.1号错移上模，2.2号错移上模，3.压扁上模，4.上模板，5.1号导套，6.1号导柱，7.下模板，8.压扁下模侧板，9.压扁下模底板，10.错移下模，11.2号导柱，12.2号导套，13.侧限位动块，14.正限位动块，15.预锻上模中劈料台，16.预锻上模中阻力沟。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

一.介绍各工序所需模具的结构组成：

1.坯料尺寸

参阅图3与图3-a至图3-e，根据毛坯上各截面的面积等于锻件上相应截面积加上飞边的面积，即有以下公式(1)所示：

A_j＝A_d+A_f (1)

式中：A_j为任意一处计算毛坯的横截面积；

A_d为相应锻件的横截面积；

A_f为相应飞边的横截面积；

为了金属的顺利流动，截面突变处的连接圆弧要光滑过度，对叉形劈开处适当放大毛坯尺寸，由于该生产线采用自动化生产，为了保证机器人上料时不受坯料转动的影响，辊锻件各截面都采用圆形截面，因此取最大部位的截面直径为圆棒料直径D,在以后的工序中夹持端直径保持不变，根据体积相等的原则，求出圆棒料的长度为L,其中圆棒料的主视图和左视图分别如图4-1和图4-2所示；

2.辊锻模具结构

1)辊锻道次n

利用公式(2)和(3)可以计算出辊锻道次n：

式中：

λ_p为平均拉伸系数，铝合金取λ_p＝1.6进行计算；

式中：F₀为下料后坯料截面积，F_n为辊锻后辊锻件截面积；

经过计算得到三角形铝合金控制臂的n＝4，因此采用四道次辊锻；

2)辊锻模具结构

原始毛坯截面为圆形，为达到较大的延伸系数，椭圆形槽的轴长比取的较大，椭圆形截面的毛坯进入方形型槽比圆形型槽的稳定性要好，因此采用椭圆—方形—椭圆—方形型槽结构，并且能够保证后续加工的稳定性，在冷辊锻件图上分别计算特征段的延伸系数，通过相关计算、经验和模拟合理分配各道次的延伸系数得到四道次的延伸系数分别为λ₁、λ₂、λ₃、λ₄，得到辊锻过程中四道次的辊锻件形状，如图5-1至图8-2的主视图及左视图和5-a至8-d的剖面图所示为圆棒料经过四道次辊锻模具辊锻后得到的锻件及各特征截面的形状。

3.错移模具结构

错移工序模具由三部分组成，其中错移下模的结构组成的主视图如图9-1所示，图9-2和图9-3分别为图9-1中A-A和B-B处的剖视图；1号错移上模主视图如图10-1所示,图10-2为图10-1中A-A处的剖视图，图10-3为1号错移上模的仰视图；2号错移上模俯视图如图11-1所示，图11-2为2号错移上模主视图，图11-3为2号错移上模左视图；其中1号错移上模和2号错移上模固定在上模板4上，错移下模固定在下模板7上。

4.压扁模具结构：

压扁模具包括压扁上模3，压扁下模底板9，侧限位动块13，正限位动块14和压扁下模侧板8组成。其中压扁上模3的结构组成如图12-1和12-2所示。侧限位动块13、正限位动块14和压扁下模侧板8固定在压扁下模底板9上，压扁上模3固定在上模板4上；

5.预锻模具结构

参阅图17-1至17-3，图17-1所示为预锻模具中上模型腔结构形状的主视图，预锻模具包括上模和下模，上模型腔与下模型腔的结构形状对称相同；根据三角形控制臂结构特点，预锻模腔需要设置阻力沟和劈料台，图17-2为在图17-1中A-A处的截面图，图17-3为在图17-1中B-B处的截面图，图17-1至17-3中标注15的为劈料台，其中劈料台两端圆角半径R为25～30mm，标注16的为阻力沟，其中阻力沟直径为8～10mm；

二.本发明所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法的步骤如下：

1.下料

1)坯料尺寸计算；

参阅图3与图3-a至图3-e，根据毛坯上各截面的面积等于锻件上相应截面积加上飞边的面积，即有以下公式(1)所示：

A_j＝A_d+A_f (1)

式中：A_j为任意一处计算毛坯的横截面积；

A_d为相应锻件的横截面积；

A_f为相应飞边的横截面积；

取最大部位的截面直径为圆棒料直径D；

根据体积相等的原则，求出圆棒料的长度为L；

2)采用带式锯床对挤压圆棒料进行切割，得到直径和长度符合要求的坯料；

2.坯料加热

将步骤1得到的坯料在电感应加热炉中进行加热，加热温度在420～480℃之间，保温5～8min，使得坯料加热均匀，完成动态再结晶，形成较均匀的组织，使铝合金的锻造性能较好，锻件的组织和性能也越好；

3.辊锻成形

1)计算辊锻道次n

利用公式(2)和(3)计算辊锻道次n：

式中：

λ_p为平均拉伸系数，铝合金取λ_p＝1.6进行计算；

式中：F₀为下料后坯料截面积，F_n为辊锻后辊锻件截面积；

经过计算得到三角形铝合金控制臂的n＝4，采用椭圆—方形—椭圆—方形型槽四道次辊锻工艺成形，辊锻机的锻辊半径为280mm；

2)辊锻成形

(1)第一道次辊锻成形

参阅图5-1至5-2与图5-a至图5-d，将步骤2得到的加热后的坯料利用机械手夹住夹持端，送入第一道辊锻模具中，上、下辊锻模旋转一周完成坯料由圆形截面向椭圆形截面变形的第一道次的辊锻，即获得第一道次辊锻件，其中夹持端直径保持不变；

(2)第二道次辊锻成形

参阅图6-1至6-2与图6-a至图6-d，辊锻机械手将第一道次辊锻件平移至第二个工位，夹钳将第一道次辊锻件绕其轴线旋转90°，与第二道次辊锻模定位，上、下辊锻模旋转一周后完成第二道次辊锻成形，由第一道次辊锻件的椭圆形截面辊锻成方形截面，其中夹持端直径保持不变，获得第二道次辊锻件；

(3)第三道次辊锻成形

参阅图7-1至7-2与图7-a至图7-d，辊锻机械手将第二道次辊锻件平移至第三个工位，夹钳将第二道次辊锻件绕其轴线旋转90°，与第三道次辊锻模定位，上、下辊锻模旋转一周后完成第三道次辊锻成形，由第二道次辊锻件的方形截面辊锻成椭圆形截面，其中夹持端直径保持不变，获得第三道次辊锻件；

(4)第四道次辊锻成形

参阅图8-1至8-2与图8-a至图8-d，辊锻机械手将第三道次辊锻件平移至第四个工位，夹钳将第三道次辊锻件绕其轴线旋转90°，与第四道次辊锻模定位，上、下辊锻模旋转一周后完成第四道次辊锻成形，第三道次辊锻件的椭圆形截面辊锻成方形截面，其中夹持端直径保持不变，获得第四道次辊锻件；

4.错移成形

1)参阅图13与图16，首先把第四道次辊锻件放置在错移下模10中，使第四道次辊锻件与错移下模10贴合；

2)然后1号错移上模1和2号错移上模2一起向下运动，由于错移下模10一端设置圆角，当1号错移上模1向下运动时带动第四道次辊锻件夹持端沿着错移下模轮廓向下移动而另一端被固定从而实现第四道次辊锻件的错移运动，其中2号错移上模2起到固定的作用，防止在错移过程中第四道次锻件发生歪斜；

3)第四道次锻件在错移成型过程中上表面向下移动距离为28～30mm，错移成型后锻件一端形状基本不变，而第四道次锻件的夹持端由于受到上下模具的相互作用材料发生偏移，根据成形件的特点错移28～30mm距离后夹持端的材料流动合理，满足后续成形的要求，最后得到的零件图如图18所示。

5.压扁成形

参阅图13至图15，在压扁成形工序中，把错移成形得到的零件放在压扁下模底板9上，其中压扁下模侧板8、侧限位动块13和正限位动块14起到限位的作用，防止压扁过程中零件的偏移，然后压扁上模3在压力机的作用下向下移动，其中零件减薄50～55mm，压扁工序的主要作用是使辊锻成形中夹持的一端压扁成平面并且保证材料流动的均匀性，压扁完成后得到的零件如图19所示。

6.预锻成形

将压扁后的坯料放入预锻模膛内，然后调整好压扁成形件的位置，在上下模的作用下完成预锻成形，其中预锻成形过程中由于劈料台的作用使得辊锻成形中夹持端材料在劈料台的作用下向两侧流动，由于飞边槽和阻力沟的作用使得材料填充更加饱满，最终生成的预锻件如图20-1至20-4所示。

7.终锻成形

在预锻成形的基础上进行终锻成形，终锻成形按照热锻件图设计模具，把预锻件放入终锻成形模具型腔内，然后在安装有终锻成形模具的压力机的作用下完成终锻成形，得到终锻成形的零件如图20-1至20-2所示。

8.锻件整形

对终锻成形的产品采用热切边的方式进行切边，切边由安装有切边模具的机械压力机完成，切边温度控制在450～480℃，即完成三角形铝合金控制臂的锻造成形，切边完成后得到的零件—三角形铝合金控制臂如图3所示。

实施例

1.下料

参阅图3与图3-a至图3-e，根据毛坯上各截面的面积等于锻件上相应截面积加上飞边的面积，即有以下公式(1)所示：

A_j＝A_d+A_f (1)

式中：A_j为任意一处计算毛坯的横截面积；

A_d为相应锻件的横截面积；

A_f为相应飞边的横截面积；根据三角形控制臂相应截面大小和设置飞边大小，取最大部位的截面直径为圆棒料直径115mm，根据体积相等的原则，求出圆棒料的长度为132mm，采用带式锯床进行切割；

2.坯料加热

将步骤1得到的坯料在电感应加热炉中进行加热，加热温度到450℃，保温6min，使得坯料加热均匀，完成动态再结晶，形成较均匀的组织，使铝合金的锻造性能较好，锻件的组织和性能也越好；

3.辊锻成形

1)计算辊锻道次n

利用公式(2)和(3)计算辊锻道次n：

式中：

λ_p为平均拉伸系数，铝合金取λ_p＝1.6进行计算；

式中：F₀为下料后坯料截面积，F_n为辊锻后辊锻件截面积；

经过计算得到三角形铝合金控制臂的n＝4，采用椭圆—方形—椭圆—方形型槽四道次辊锻工艺成形，辊锻机的锻辊半径为280mm；

2)辊锻成形

(1)第一道次辊锻成形

参阅图5-1至5-2与图5-a至图5-d，将步骤2得到的加热后的坯料利用机械手夹住夹持端，送入第一道辊锻模具中，上、下辊锻模旋转一周完成坯料由圆形截面向椭圆形截面变形的第一道次的辊锻，即获得第一道次辊锻件，其中夹持端直径保持不变，获得第一道次辊锻件，辊锻件的长度为180.5mm，第一道次辊锻件的形状如图5-1至5-2与图5-a至图5-d所示；

(2)第二道次辊锻成形

参阅图6-1至6-2与图6-a至图6-d，辊锻机械手将第一道次辊锻件平移至第二个工位，夹钳将第一道次辊锻件绕其轴线旋转90°，与第二道次辊锻模定位，上、下辊锻模旋转一周后完成第二道次辊锻成形，由第一道次辊锻件的椭圆形截面辊锻成方形截面，其中夹持端直径保持不变，获得第二道次辊锻件，辊锻件的长度为218.3mm，第二道次辊锻件的形状如图6-1至6-2与图6-a至图6-d所示；

(3)第三道次辊锻成形

参阅图7-1至7-2与图7-a至图7-d，辊锻机械手将第二道次辊锻件平移至第三个工位，夹钳将第二道次辊锻件绕其轴线旋转90°，与第三道次辊锻模定位，上、下辊锻模旋转一周后完成第三道次辊锻成形，由第二道次辊锻件的方形截面辊锻成椭圆形截面，其中夹持端直径保持不变，获得第三道次辊锻件，辊锻件的长度为275.3mm，第三道次辊锻件的形状如图7-1至7-2与图7-a至图7-d所示；

(4)第四道次辊锻成形

参阅图8-1至8-2与图8-a至图8-d，辊锻机械手将第三道次辊锻件平移至第四个工位，夹钳将第三道次辊锻件绕其轴线旋转90°，与第四道次辊锻模定位，上、下辊锻模旋转一周后完成第四道次辊锻成形，第三道次辊锻件的椭圆形截面辊锻成方形截面，其中夹持端直径保持不变，获得第四道次辊锻件，辊锻件的长度为320mm，第四道次辊锻件的形状如图8-1至8-2与图8-a至图8-d所示；

4.错移成形

1)参阅图13与图16，首先把第四道次辊锻件放置在错移下模10中，使第四道次辊锻件与错移下模10贴合，

2)然后1号错移上模1和2号错移上模2一起向下运动，由于错移下模10一端设置圆角，当1号错移上模1向下运动时带动第四道次辊锻件夹持端沿着错移下模轮廓移动而另一端被固定从而实现第四道次辊锻件的错移运动，其中2号错移上模2起到固定的作用，防止在错移过程中第四道次辊锻件发生歪斜；

3)第四道次辊锻件在错移成形过程中上表面向下移动距离为28mm，错移成型后锻件一端形状基本不变，而第四道次锻件的夹持端由于受到上下模具的相互作用材料发生偏移，而另一端基本保持不变，根据成形件的特点错移28～30mm距离后夹持端的材料流动合理，满足后续成形的要求，最后使得夹持端成形后的零件图如图18所示。

5.压扁成形

参阅图13至图15，在压扁成形工序中，把错移成形得到的零件放在压扁下模底板9上，其中压扁下模侧板8、侧限位动块13和正限位动块14起到限位的作用，防止压扁过程中零件的偏移，然后压扁上模3在压力机的作用下向下移动，其中零件减薄50mm，压扁成形的主要作用是使发生错移的一端压扁成平面并且保证材料流动的均匀性，压扁完成后得到的零件如图19所示。

6.预锻成形

将压扁后的零件放入预锻模膛内，然后调整好坯料位置，在上下模的作用下完成预锻工序的成形，其中预锻成形过程中由于劈料台的作用使得辊锻成形中夹持端材料在劈料台的作用下向两侧流动，由于飞边槽和阻力沟的作用使得材料填充更加饱满，最终生成的预锻件如图20-1至20-4所示；

7.终锻成形

在预锻成形的基础上进行终锻成形，终锻成形按照热锻件图设计模具，把预锻件放入终锻成形模具型腔内，然后在安装有终锻成形模具的压力机的作用下完成终锻成形步骤，得到终锻成形的零件如图20-1至20-2所示。

8.锻件整形

对终锻成形的产品采用热切边的方式进行切边，切边由安装有切边模具的机械压力机完成，切边温度控制在450℃，即完成三角形铝合金控制臂的锻造成形，切边完成后得到的零件—三角形铝合金控制臂如图3所示。

Claims (8)

1.一种三角形铝合金控制臂的锻造成形方法，其特征在于，所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法的步骤如下：

1)下料；

2)坯料加热；

3)辊锻成形；

4)错移成形；

所述的错移成形是指：

(1)把第四道次辊锻件放置在错移下模(10)中，使第四道次辊锻件与错移下模(10)贴合；

(2)1号错移上模(1)和2号错移上模(2)一起向下运动，由于错移下模(10)一端设置圆角，当1号错移上模(1)向下运动时带动第四道次辊锻件夹持端沿着错移下模轮廓向下移动而另一端被固定从而实现第四道次辊锻件的错移运动，其中2号错移上模(2)起到固定的作用，防止在错移过程中第四道次锻件发生歪斜；

(3)第四道次锻件在错移成型过程中上表面向下移动距离为28～30mm，错移成型后锻件一端形状基本不变，而第四道次锻件的另一端由于受到上下模具的相互作用材料发生偏移，根据成形件的特点错移28～30mm距离后夹持端的材料流动合理，满足后续成形的要求；

5)压扁成形；

6)预锻成形；

7)终锻成形；

8)锻件整形。

2.按照权利要求1所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法，其特征在于，所述的下料是指：

1)坯料尺寸计算；

根据毛坯上各截面的面积等于锻件上相应截面积加上飞边的面积，即有以下公式(1)所示：

A_j＝A_d+A_f (1)

式中：A_j为任意一处计算毛坯的横截面积；

A_d为相应锻件的横截面积；

A_f为相应飞边的横截面积；

取最大部位的截面直径为圆棒料直径D；

根据体积相等的原则，求出圆棒料的长度为L；

2)采用带式锯床对挤压圆棒料进行切割，得到直径和长度符合要求的坯料。

3.按照权利要求1所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法，其特征在于，所述的坯料加热是指：

将下料步骤中得到的坯料在电感应加热炉中进行加热，加热温度为420～480℃，保温5～8min，完成动态再结晶，形成均匀的组织。

4.按照权利要求1所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法，其特征在于，所述的辊锻成形是指：

1)计算辊锻道次n

利用公式(2)和(3)计算辊锻道次n：

式中：

λ_p为平均拉伸系数，铝合金取λ_p＝1.6进行计算；

式中：F₀为下料后坯料截面积，F_n为辊锻后辊锻件截面积；

经过计算得到三角形铝合金控制臂的n＝4，采用椭圆—方形—椭圆—方形型槽四道次辊锻工艺成形，辊锻机的锻辊半径为280mm；

2)辊锻成形

(1)第一道次辊锻成形

将坯料加热步骤中得到的加热后的坯料利用机械手夹住夹持端，送入第一道辊锻模具中，上、下辊锻模旋转一周完成坯料由圆形截面向椭圆形截面变形的第一道次的辊锻，即获得第一道次辊锻件，其中夹持端直径保持不变；

(2)第二道次辊锻成形

辊锻机械手将第一道次辊锻件平移至第二个工位，夹钳将第一道次辊锻件绕其轴线旋转90°，与第二道次辊锻模定位，上、下辊锻模旋转一周后完成第二道次辊锻成形，由第一道次辊锻件的椭圆形截面辊锻成方形截面，其中夹持端直径保持不变，获得第二道次辊锻件；

(3)第三道次辊锻成形

辊锻机械手将第二道次辊锻件平移至第三个工位，夹钳将第二道次辊锻件绕其轴线旋转90°，与第三道次辊锻模定位，上、下辊锻模旋转一周后完成第三道次辊锻成形，由第二道次辊锻件的方形截面辊锻成椭圆形截面，其中夹持端直径保持不变，获得第三道次辊锻件；

(4)第四道次辊锻成形

辊锻机械手将第三道次辊锻件平移至第四个工位，夹钳将第三道次辊锻件绕其轴线旋转90°，与第四道次辊锻模定位，上、下辊锻模旋转一周后完成第四道次辊锻成形，第三道次辊锻件的椭圆形截面辊锻成方形截面，其中夹持端直径保持不变，获得第四道次辊锻件。

5.按照权利要求1所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法，其特征在于，所述的压扁成形是指:

把错移成形步骤中得到的零件放在压扁下模底板(9)上，其中压扁下模侧板(8)、侧限位动块(13)和正限位动块(14)起到限位的作用，防止压扁过程中零件的偏移，然后压扁上模(3)在压力机的作用下向下移动，使零件减薄50～55mm，压扁成形步骤的主要作用是使辊锻成形中夹持的一端压扁成平面并且保证材料流动的均匀性。

6.按照权利要求1所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法，其特征在于，所述的预锻成形是指:

将压扁成形后的零件放入预锻模膛内，然后调整好压扁成形件的位置，在上下模的作用下完成预锻成形，其中预锻成形过程中由于劈料台的作用使得辊锻成形中夹持端材料在劈料台的作用下向两侧流动，由于飞边槽和阻力沟的作用使得材料填充更加饱满，最终锻成预锻件。

7.按照权利要求1所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法，其特征在于，所述的终锻成形是指:

1)在预锻成形的基础上进行终锻成形，终锻成形按照热锻件图设计模具；

2)把预锻件放入终锻成形模具型腔内，然后在安装有终锻成形模具的压力机的作用下完成终锻成形，得到终锻成形件。

8.按照权利要求1所述的三角形铝合金控制臂的锻造成形方法，其特征在于，所述的锻件整形是指:

对终锻成形的零件采用热切边的方式进行切边，切边由安装有切边模具的机械压力机完成，切边温度控制在450～480℃，切边完成后得到的产品零件—三角形铝合金控制臂。