汽車左右轉(zhuǎn)向節(jié)臂鍛造工藝的三維建模

文/雷文華·南車資陽機車有限公司鍛造分公司

汽車左右轉(zhuǎn)向節(jié)臂鍛造工藝的三維建模

文/雷文華·南車資陽機車有限公司鍛造分公司

雷文華，鍛造工藝師，高級工程師，主要從事鍛造工藝設(shè)計、工裝設(shè)計，鍛造行業(yè)產(chǎn)品開發(fā)，擁有5項專利。

在 2008年國際金融危機過后，我國出臺了10大產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃，汽車產(chǎn)業(yè)就是其中之一。在經(jīng)歷了近幾年的發(fā)展之后，汽車產(chǎn)業(yè)有了明顯的增長，需求量明顯回升。汽車產(chǎn)業(yè)的回升給汽車零部件市場帶來了發(fā)展機會。汽車左右轉(zhuǎn)向節(jié)臂是汽車轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)中的重要零件，使用頻率高，磨損大，更換率也很高。

汽車左右轉(zhuǎn)向節(jié)臂是所有汽車轉(zhuǎn)向傳動機構(gòu)中的重要零件，本文介紹了汽車左右轉(zhuǎn)向節(jié)臂鍛件的設(shè)計過程，鍛造工藝的確定、鍛造設(shè)備的選擇、工裝的設(shè)計，在各個過程中應(yīng)用了三維建模，為工藝和工裝的設(shè)計優(yōu)化提供了可靠的依據(jù)，節(jié)約了鍛件原材料和需要的鍛模成本。

零件及鍛件三維建模及分析

根據(jù)訂貨方提供的零件圖，左右轉(zhuǎn)向節(jié)臂的零件是左右對稱的三維建模，如圖1所示。該零件技術(shù)要求為調(diào)質(zhì)處理HRC241～285；拔模斜度≤7°；鍛件表面噴丸強化處理；未注圓角為R5；探傷檢查鍛件質(zhì)量。

通過在加工面上放出適當(dāng)?shù)募庸ち繉⑷齻€孔補料，同時考慮零件右邊的孔有最小壁厚要求，在征求訂貨方的意見后，將該處圓柱直徑在原圖基礎(chǔ)上加大了1mm。該產(chǎn)品是左右對稱的，現(xiàn)以一件來計算，該鍛件重量約為3.16kg。根據(jù)建模作水平投影分析（圖2），投影面積為1072mm2。鍛件的最大截面積為2145mm2。

圖1 左右轉(zhuǎn)向節(jié)臂零件的三維模型

圖2 水平投影分析

工藝制訂和工裝、設(shè)備的選擇

鍛件打擊力計算及設(shè)備選擇

對圖1、2的重量和投影面積分析均是在鍛件理想尺寸的基礎(chǔ)上獲得的，因此與實際生產(chǎn)尺寸有一定的差異。最終重量以試模后多件鍛件的平均重量為準(zhǔn)。但是后續(xù)的計算仍以理想尺寸為計算依據(jù)。

鍛錘噸位的選擇，根據(jù)經(jīng)驗公式G≈4F，其中G為模鍛錘所需的打擊力（單位kN），F(xiàn)為鍛件飛邊橋部和倉部1/2處在水平面上的投影面積（單位cm2），根據(jù)建模分析F=1986mm2，故G約等于0.8kN，故選用1t模鍛錘即可。

鍛造工序的確定

根據(jù)零件的技術(shù)要求該鍛件的左右彎曲角度較大，為了提高材料利用率和減少鍛造缺陷，在工序中增加一道卡壓工序。制訂工序為下料→加熱→卡壓→鍛造→切邊→熱處理→性能檢測→拋丸→探傷→打磨→入庫。

工藝的制訂

鍛件的質(zhì)量為3.16kg，鍛件的下料質(zhì)量估算為3.6kg，加上燒損率鍛件重約為3.72kg。利用建模軟件對鍛件進行截面計算（圖3、4），以基準(zhǔn)面RIGHT為起點向兩邊分割，分割間距15mm時的截面情況，共有20個截面。計算的截面數(shù)據(jù)可以導(dǎo)入“Microsoft Excel”軟件中（表1），加上飛邊橋部和倉部的截面積繪制鍛件毛坯圖，鍛件最大截面積加上按飛邊和倉部1/2計算的截面積(70mm2）為2215mm2，據(jù)此可以確定鍛件坯料的規(guī)格約為φ53mm。

圖3 鍛件截面積計算圖

圖4 鍛件坯料直徑計算圖

表1 將計算的截面數(shù)據(jù)導(dǎo)入“Microsoft Excel”軟件中

工裝選擇

根據(jù)鍛件的大小和形狀，最初擬定了兩種工裝方案：

⑴選用鑲塊模。每種轉(zhuǎn)向節(jié)臂帶有一副鑲塊，共投入兩副鑲塊、兩副切邊模，鑲塊模如圖5所示。

圖5 鑲塊模

圖6 整體模

⑵使用一副整體鍛模。兩種鍛件使用一副整體鍛模和兩副切邊模，整體模如圖6所示。

兩種方案的比較，采用鑲塊模的缺點有鑲塊模尺寸小，終鍛型腔布置后，前后壁厚偏小，強度不足；采用鑲塊模，卡壓型腔布置很困難。采用整體模的優(yōu)點有在整體模上對稱布置兩個型腔，還可以布置一個卡壓型腔；在生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)兩種產(chǎn)品，只需要更換切邊模；同時可以保證整體模的兩個型腔98%在鍛模燕尾范圍內(nèi)，不影響鍛模的正常使用。

卡壓型腔的設(shè)計

根據(jù)鍛件坯料的計算圖，坯料的最大直徑為φ54mm，因為卡壓型腔有分料、聚料的作用，故選用φ50mm的坯料，根據(jù)坯料的重量計算出坯料的長度為242mm。卡壓型腔如圖7所示。

圖7 卡壓型腔

結(jié)束語

通過試模，鍛件成形很好，鍛件重量公差在0.1kg左右，從而驗證了下料重量、坯料規(guī)格、制坯工步、鍛件工藝、設(shè)備噸位的選擇是合理的。通過本次產(chǎn)品的工藝開發(fā)，給我們提供了一種產(chǎn)品工藝開發(fā)的模式，在沒有三維建模的情況下，工藝開發(fā)的周期要長近一倍左右，使用三維建模還能同時提高產(chǎn)品一次性試制的成功率。