前軸板簧座校正壓平不加工技術研究

文/孫文東，岳鎮，王志亮·一汽鍛造（吉林）有限公司

前軸板簧座校正壓平不加工技術研究

文/孫文東，岳鎮，王志亮·一汽鍛造（吉林）有限公司

孫文東：質保部鍛造工藝員，主要從事前軸、曲軸、轉向節等產品的鍛造工藝開發工作，參與設計的前軸校正壓平項目獲得一汽集團“我要當明星”活動個人明星獎。

前軸在整車中承擔承重、支承、轉向的功能,屬于汽車上重要零部件，板簧座是前軸加工、裝配以及功能實現的核心部位。

近年來在汽車行業輕量化和節能減排發展趨勢引導下，主機廠對鍛件的精度和加工量要求不斷嚴苛，對毛坯的精密鍛造技術提出了更高的要求。乘用車前軸校正壓平不加工技術（下文以校正壓平技術代替）正是在這種背景下誕生的，此技術在歐美已經得到了廣泛應用，但是在國內尚屬空白。一汽鍛造（吉林）公司立項以來，歷時數年攻關，成功研發出擁有自主知識產權的校正壓平技術，拉近了與國際鍛造行業先進水平之間的距離。圖1所示為前橋總成示意圖。

圖1 前橋總成示意圖

問題描述

前軸板簧座的傳統機加工工藝會破壞鍛件流線，造成加工面與非加工面交界處應力集中，增加了失效風險，前軸失效形式也多數發生在板簧座部位。而校正壓平技術不僅直接減少了兩道加工工序（圖2、圖3），降低了加工成本，提升了加工效率，而且保持了板簧座鍛造組織和流線的完好，避免了異常失效風險，對于整車競爭力的提升意義非凡。

圖2 前軸板簧座正面加工

圖3 前軸板簧座背面加工

工藝方案

校正壓平技術由鍛模工藝、切邊模工藝及校正壓平模工藝三部分組成，下文將進行逐一介紹。

鍛模工藝

一汽鍛造（吉林）公司依據自身豐富的前軸熱模鍛開發經驗，經過大量CAE以及生產驗證之后，對傳統工藝進行了以下創新：前軸板簧座正面/背面拔模角一般為3°～5°，為適應校正壓平技術的需要，將拔模角減小為1.5°～2°。其設置作用：

⑴金屬向型腔內流動的阻力變小，有利于板簧座的充滿。

⑵校正時板簧座體積變形量減少，能夠有效減小校正力，降低壓平實現難度，減少校正模具磨損。

法蘭寬度、厚度尺寸補償設計

校正過程中，板簧座正面、背面拔模角在校正力作用下壓平，法蘭寬度及法蘭厚度均會發生相應改變。利用體積不變原則，可以精確計算出終鍛件法蘭寬度及厚度尺寸。其設置作用：

⑴減小終鍛件板簧座體積，降低充滿難度。

⑵校正時參與變形的體積減少，降低壓平實現難度，減少校正模具磨損。

⑶避免壓平后因為法蘭的展寬以及厚度變化導致的尺寸不合格。

法蘭外圓角補償設計

校正壓平時，法蘭外圓角由于受到擠壓會變小1～2級，相應的終鍛件設計時法蘭外圓角可增加1～2級。圖4所示為前軸板簧座截面示意圖，其設置作用：

⑴確保壓平后法蘭圓角合格。

⑵改善終鍛件充滿。

⑶降低模具法蘭開裂風險，提高模具壽命。

切邊工藝

根據校正壓平技術特點，對切邊工藝實施了以下改進：

⑴板簧座刃口線內收0.8～1mm（圖5），目的是去除殘留飛邊，避免校正壓入鍛件影響平面度。

⑵采用波浪形刃口設計（圖6），分散切邊力，減小板簧座切邊變形。

圖4 前軸板簧座截面示意

圖5 凹模刃口線提取示意圖

圖6 凹模波浪型刃口示意圖

校正壓平工藝

校正壓平工藝開發是整個技術的核心和難點所在。開發過程中不僅要充分應用油壓機工作原理，而且要研究液壓系統、冷卻系統、潤滑系統、氧化皮去除機構之間的相互作用，缺一不可。圖7所示為校正壓平模具裝配簡圖。

工藝應用之初，先后出現鍛件落差不合格，拳部位置偏離對稱面（下文均以“歪頭”代替）現象，板簧座表面氧化坑等一系列問題，下文將做逐一介紹。

圖7 校正壓平模具裝配簡圖

⑴落差不合格。

樣件試加工過程，廢品總數的30%由落差不合格導致。統計數據顯示，落差值集中分布在小于名義尺寸3mm左右。

通過CAE及現場觀察模具運行軌跡，發現鍛件在下模體定位后，板簧座背面處于支撐狀態，而拳部處于懸空狀態；上模體下落過程中拳部上面最先接觸到校正塊，此時前軸處于“扁擔狀”受力狀態，這正是導致落差偏小的真因所在。

針對真因對癥下藥，對校正模進行如下更改：將下側拳部支撐塊整體加厚3mm（圖8），相應的上側校正塊減薄3mm（圖9），經驗證更改后落差得到了有效控制，完全符合產品要求。

圖8 拳部支撐塊

圖9 拳部校正塊

⑵拳部歪頭。

前軸歪頭是在出模變形、切邊變形及工序轉序間碰撞等因素共同作用下產生的。

為了遏制此缺陷，在校正壓平模具拳部位置兩側增加限位塊，結合校正塊的倒V型設計（圖10），以五個限位面來校正拳部，效果顯著，徹底解決了歪頭問題。

圖10 限位塊示意圖

⑶板簧座表面氧化坑。

氧化皮在校正下模型腔內堆積，校正壓平時壓入鍛件表面，拋丸后形成氧化坑。螺栓把緊區域內出現氧化坑有以下危害：

1)導致螺栓墊片無法貼緊壓窩平面（圖11），螺栓存在脫落風險。

圖11 板簧座把緊位置氧化坑

2)螺栓把緊空隙處易進入雜物，形成腐蝕，造成螺栓扭矩不足，存在異常失效風險。

要解決氧化坑的危害，必須確保氧化皮在校正前得到清除。一汽鍛造（吉林）公司結合校正設備特點，研制出一套有效的氧化皮去除機構，其工作原理如下：通過一條管路與校正機的壓縮空氣及循環水系統連接，通過分路器分流出四個出風口，與四個法蘭校正塊位置一一對應，此機構由程序控制，在每次校正工序完成后，自動將模具型腔內氧化皮吹凈。氧化皮去除機構的應用不僅解決了螺栓把緊區域氧化坑問題，而且能夠使校正模保持恒定的工作溫度，在保證鍛件質量的同時也提高了模具壽命。

⑷其他問題

校正壓平模體調試過程中先后出現過液壓回程不到位，無報警裝置等問題，解決過程如下：

1)在模具運動夾緊過程中由于液壓缸行程過長，出現液壓回程不到位情況。經過模具運動空間測算，將液壓行程由50mm縮短至20mm，改進后問題解決。

2)出于安全考慮，加裝限位開關，法蘭下校正塊動作到位碰觸開關后發出信號，設備接收信號后上滑塊開始下行，改進后安全隱患消除，保證了工序安全。

效果驗證

經過以上措施的實施，我公司對校正壓平技術的掌握日趨成熟。解放J6自卸車和J7牽引車前軸校正壓平樣件的小批量裝車，路試驗證等測試均順利通過，各種性能表現優異，得到了集團及解放主機廠的高度認可。目前這兩個前軸品種的校正壓平工藝已經實現量產，為解放商用車市場競爭力提升提供了有力支撐。

結束語

前軸板簧座校正壓平不加工技術是國內鍛鋼前軸的發展趨勢。該技術的應用能夠大幅提升鍛鋼前軸的產品附加值，對于整車競爭力的提升具有戰略意義，未來市場前景不可估量。