CN109590422A - 一种鼓式转向终预锻件闭式近净成形工艺及模具 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种鼓式转向节终锻件闭式近净成形工艺及模具，针对叉耳与杆部轴线成一定偏斜角的鼓式转向节锻件，将闭式挤压近净成形所得鼓式转向节预锻件，放入垂直可分的闭式终锻近净成形模具中，通过上模施加成形力和合模力，使其成形为鼓式转向节锻件。本发明还提供了实现上述方法的模具，工作部分包括凸模、可分组合凹模和组合凹模闭合与张开机构，利用水平油缸和T形导轨使可分凹模合拢形成凹模型腔，利用凸模施加成形力，同时利用锥筒结构将模锻设备施加的竖直压力转为水平方向的压力以提供合模力。本发明通过闭式净成形工艺以及竖直可分凹模结构，能够实现鼓式转向节终锻件的近净成形，并能实现锻件顺利取出。
Description
技术领域
本发明属于转向节锻件加工方法，具体涉及一种鼓式转向节终锻件闭式近净成形工艺及模具。
背景技术
对于叉耳与杆部轴线成一定偏斜角的鼓式转向节锻件(图1)，目前较为普遍的锻造工艺包括制坯、水平预锻和水平终锻三个步骤。吕炎(锻模设计手册(第2版)，机械工业出版社，2006.)介绍了在热模锻压力机上经三工步制坯和水平开式预锻基础上的水平开式终锻工艺，这种传统模锻工艺的突出问题是飞边金属损耗高达27％～28％。张运军等(汽车转向节小飞边精锻技术的研发及应用.锻压技术,2018,43(8):1-7.)报导了一种类似于鼓式转向节的转向节，在进行开式小飞边预锻后紧接着进行开式小飞边终锻，其优点是飞边金属损耗在预锻的基础上没有增加，仍为12％～13％。为了进一步提高材料利用率，李环宇等(汽车转向节锻造方式对加工工艺性的影响.热加工,2013,(7):50-52.)通过在两叉耳内侧补料实现立式闭式预锻和闭式终锻，但所补材料后续仍需切削去除。
发明内容
本发明提供一种鼓式转向节终锻件闭式近净成形工艺及模具，可在常规精锻液压机上实现叉耳与杆部轴线成α倾角的转向节终锻件的近净成形。其特征在于：
(1)一种鼓式转向节终锻件的闭式近净成形工艺，其成形原理为将闭式立式挤压近净成形所得鼓式转向节预锻件，放入闭式终锻近净成形模具的凹模中，通过凸模施加作用力，使其成形为鼓式转向节锻件，锻件上仅与其他零件配合部分留有小的机加工余量，其余部分均达到鼓式转向节零件要求。
(2)实现所述鼓式转向节终锻件闭式近净成形工艺的预锻件设计为平面叉形结构，杆部形状及尺寸与终锻件相同；法兰设计为与两个叉耳水平投影外形相切而厚度增大的矩形结构；两个叉耳的截面形状与终锻件叉耳下段截面形状相同，而边长为终锻件边长减小1mm、四个棱角为r2的垂直四面体，其高度根据相应体积相等来确定，两直叉耳沿高度方向与垂直方向平行，杆部轴线向右倾斜，其斜角为α。
(3)实现所述鼓式转向节终锻件闭式近净成形工艺的模具(图2)，包括模架、凸模、可分组合凹模、以及组合凹模闭合与张开机构。模架由下模板1、上模板8、导柱2及压圈3、导套7所组成，导柱2与下模板1过渡配合并采用螺钉通过压圈3与下模板1紧固，导套7同上模板8过渡配合并采用螺钉紧固为一体；凸模9固定在上模板8的下面；可分组合凹模由左半凹模6和右半凹模11组成，左半凹模6通过螺钉与下模板1连接为一体，右半凹模11通过其底部的T形导轨与下模板1上对应的T形槽配合；组合凹模闭合与张开机构由锥形筒5、四个内六角圆柱头螺钉4、四个氮气弹簧10及连杆12所组成，锥形筒5通过均布的四个内六角圆柱头螺钉4与上模板8相连，均布的四个氮气弹簧10置于锥形筒5与上模板8对应的孔中，内六角圆柱头螺钉4的长度与氮气弹簧10的压缩行程根据凸模9的工作行程来确定，连杆12左端通过螺纹与右半凹模11相连，右端与模锻设备水平油缸活塞杆相连。模具的下模板1和上模板8分别安装在精锻液压机的工作台的上面与外滑块的下面。
进一步地，所述模锻设备为在工作台右边安装有一个水平油缸的精锻液压机。
进一步地，所述左、右半凹模6、11法兰型腔边缘设计成台阶结构，台阶上段沿法兰型腔直臂平行向外延伸6～8mm，终锻成形结束时，沿法兰外缘形成一个平行的分流降压腔。
(4)所述模具的工作过程为：第一步，通过手工或机器人夹钳将转向节预锻件放入固定的左半凹模6中并保持静止；第二步，操作精锻液压机右侧水平油缸使活塞杆向左移动，通过连杆12推动右半凹模11向左移动，与左半凹模6闭合并将预锻件压紧，此时夹钳松开退出；第三步，操作精锻液压机滑块带动凸模9和锥形筒5下行，首先锥形筒5通过氮气弹簧10将两个半凹模6、11压紧，随后凸模9下行对预锻件施加作用力，使预锻件左、右叉耳产生压缩变形而镦粗成形出终锻件叉耳上段的前后两个半圆柱体，同时使预锻件叉形底部金属由压缩状态转变为径向流动以成形出左、右法兰，进而成形为所需鼓式转向节终锻件；第四步，模锻结束后，操作精锻液压机滑块带动凸模9和锥形筒5向上回程至初始位置；第五步，操作右水平油缸向右移动将右半凹模11沿下模板1上的T型槽移动而使两半凹模分开，然后取出终锻件，至此，一个工作循环结束。
本项终锻工艺是预锻件在闭合的可分凹模中成形为符合图纸要求的鼓式转向节锻件，其材料利用率可达99％以上。同时，根据鼓式转向节锻件沿叉耳中间平面所在垂直面左、右对称的结构特点，将凹模设计成左、右对称的垂直可分结构，采用张合机构构成闭式模锻专用装备，可实现结构复杂的鼓式转向节和结构相似的转向节闭式终锻近净成形批量生产，而且模具不用设置顶出装置，简化了结构，可缩短模锻生产操作时间。同现有模锻工艺及设备生产相比较，节材、提效显著。此外，分流降压腔的设计不仅有利于法兰中部的金属顺利流入法兰型腔的边缘，而且可降低模锻成形力，同时也可调节坯料体积的变化。
附图说明
图1为鼓式转向节终锻件图。
图2为鼓式转向节终锻件闭式近净成形模具示意图。
图2中标记为：下模板1，导柱2、压圈3，内六角圆柱头螺钉4，锥形筒5，左半凹模6、导套7、上模板8、凸模9、氮气弹簧10、右半凹模11、连杆12。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
选择近年来国内外市场需求量大的A90型汽车转向节作为本项新工艺及模具的应用实例。为适应闭式终锻近净成形，将预锻件头部设计为平面叉形结构，叉耳横截面按锻件叉耳下段横截面形状和尺寸确定，形状为矩形，长87mm，宽58mm，叉耳高度根据终锻件图(图1)上对应的叉耳的体积确定，较大叉耳高度为135mm，较小叉耳高度为113.5mm；法兰水平投影形状与锻件图上两叉耳包络体水平投影的矩形形状相同，长226.7mm，宽87mm，其高度根据终锻件法兰部分的体积确定为35mm；杆部形状与尺寸和终锻件的相同。
图2给出本发明终锻模具结构示意图，包括模架、凸模、可分组合凹模、以及组合凹模闭合与张开机构。模架由下模板1、上模板8、导柱2及压圈3、导套7所组成，导柱2与下模板1过渡配合并采用螺钉通过压圈3与下模板1紧固，导套7同上模板8过渡配合并采用螺钉紧固为一体；凸模9固定在上模板8的下面；可分组合凹模由左半凹模6和右半凹模11组成，左半凹模6通过螺钉与下模板1连接为一体，右半凹模11通过其底部的T形导轨与下模板1上对应的T形槽配合；组合凹模闭合与张开机构由锥形筒5、四个内六角圆柱头螺钉4、四个氮气弹簧10及连杆12所组成，锥形筒5通过均布的四个内六角圆柱头螺钉4与上模板8相连，均布的四个氮气弹簧10置于锥形筒5与上模板8对应的孔中，内六角圆柱头螺钉4的长度与氮气弹簧10的压缩行程根据凸模9的工作行程来确定，连杆12左端通过螺纹与右半凹模11相连，右端与模锻设备水平油缸活塞杆相连。模具的下模板1和上模板8分别安装在精锻液压机的工作台的上面与外滑块的下面。
模锻设备为在工作台右边安装有一个水平油缸的精锻液压机YK34J-2500，水平油缸最大推力为50吨。
左、右半凹模6、11法兰型腔边缘设计成台阶结构，台阶上段沿法兰型腔直臂平行向外延伸6mm，终锻成形结束时，沿法兰外缘形成一个平行的分流降压腔。
利用上述模具进行鼓式转向节终锻件闭式近净成形的过程如下：第一步，通过手工或机器人夹钳将转向节预锻件放入固定的左半凹模6中并保持静止；第二步，操作精锻液压机右侧水平油缸使活塞杆向左移动，通过连杆12推动右半凹模11向左移动，与左半凹模6闭合并将预锻件压紧，此时夹钳松开退出；第三步，操作精锻液压机滑块带动凸模9和锥形筒5下行，首先锥形筒5通过氮气弹簧10将两个半凹模6、11压紧，随后凸模9下行对预锻件施加作用力，使预锻件左、右叉耳产生压缩变形而镦粗成形出终锻件叉耳上段的前后两个半圆柱体，同时使预锻件叉形底部金属由压缩状态转变为径向流动以成形出左、右法兰，进而成形为所需鼓式转向节终锻件；第四步，模锻结束后，操作精锻液压机滑块带动凸模9和锥形筒5向上回程至初始位置；第五步，操作右水平油缸向右移动将右半凹模11沿下模板1上的T型槽移动而使两半凹模分开，然后取出终锻件，至此，一个工作循环结束。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种鼓式转向节终锻件的闭式近净成形工艺，其成形原理为将闭式挤压近净成形所得鼓式转向节预锻件，放入闭式终锻近净成形模具的凹模中，通过凸模施加作用力，使其成形为鼓式转向节锻件，锻件上仅与其他零件配合部分留有小的机加工余量，其余部分均达到鼓式转向节零件要求。
2.实现权利要求1所述的预锻件设计为平面叉形结构，杆部形状及尺寸与终锻件相同；法兰设计为与两个叉耳水平投影外形相切而厚度增大的矩形结构；两个叉耳的截面形状与终锻件叉耳下段截面形状相同，而边长为终锻件边长减小1mm、四个棱角为r2的垂直四面体，其高度根据相应体积相等来确定，两直叉耳沿高度方向与垂直方向平行，杆部轴线向右倾斜，其斜角为α。
3.实现权利要求1所述闭式终锻近净成形工艺的模具，包括模架、凸模、可分组合凹模、以及组合凹模闭合与张开机构。模架由下模板1、上模板8、导柱2及压圈3、导套7所组成，导柱2与下模板1过渡配合并采用螺钉通过压圈3与下模板1紧固，导套7同上模板8过渡配合并采用螺钉紧固为一体；凸模9固定在上模板8的下面；可分组合凹模由左半凹模6和右半凹模11组成，左半凹模6通过螺钉与下模板1连接为一体，右半凹模11通过其底部的T形导轨与下模板1上对应的T形槽配合；组合凹模闭合与张开机构由锥形筒5、四个内六角圆柱头螺钉4、四个氮气弹簧10及连杆12所组成，锥形筒5通过均布的四个内六角圆柱头螺钉4与上模板8相连，均布的四个氮气弹簧10置于锥形筒5与上模板8对应的孔中，内六角圆柱头螺钉4的长度与氮气弹簧10的压缩行程根据凸模9的工作行程来确定，连杆12左端通过螺纹与右半凹模11相连，右端与模锻设备水平油缸活塞杆相连。模具的下模板1和上模板8分别安装在模锻设备的工作台的上面与外滑块的下面。
4.权利要求3所述的模锻设备，其特征在于，精锻液压机的工作台右边安装有一个水平油缸。
5.权利要求3所述的左、右半凹模6、11，其特征在于，法兰型腔边缘设计成台阶结构，台阶上段沿法兰型腔直臂平行向外延伸6～8mm，终锻成形结束时，沿法兰外缘形成一个平行的分流降压腔。
6.权利要求3所述的模具，其工作过程为，第一步，通过手工或机器人夹钳将转向节预锻件放入固定的左半凹模6中并保持静止；第二步，操作精锻液压机右侧水平油缸使活塞杆向左移动，通过连杆12推动右半凹模11向左移动，与左半凹模6闭合并将预锻件压紧，此时夹钳松开退出；第三步，操作精锻液压机滑块带动凸模9和锥形筒5下行，首先锥形筒5通过氮气弹簧10将两个半凹模6、11压紧，随后凸模9下行对预锻件施加作用力，使预锻件左、右叉耳产生压缩变形而镦粗成形出终锻件叉耳上段的前后两个半圆柱体，同时使预锻件叉形底部金属由压缩状态转变为径向流动以成形出左、右法兰，进而成形为所需鼓式转向节终锻件；第四步，模锻结束后，操作精锻液压机滑块带动凸模9和锥形筒5向上回程至初始位置；第五步，操作右水平油缸向右移动将右半凹模11沿下模板1上的T型槽移动而使两半凹模分开，然后取出终锻件，至此，一个工作循环结束。
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