汽車前軸輥鍛成形工藝分析

秦潤庚 廖德侃

摘 要：前軸對于汽車底盤系統來說是非常重要的部分，本篇文章以汽車的前軸結構狀態為依據，對輥鍛工業中出現的問題進行了分析和總結，主要是對它的特點和類型的闡述，這也確保了前軸精密制坯公益能夠得到有效掌握，并起到了重要的推動作用。

關鍵詞：前軸；汽車底盤；輥鍛工藝

汽車前軸鍛造工藝在沒有改進之前主要是使用5t模鍛錘或者10t、16t模鍛錘輥工藝。這個工藝存在很多弊端，比如因為勞動條件差、加熱火次比較多、模具壽命低、鍛造質量差、廢品率高、成本高等不利因素，對其進行相應的改進是很有必要的【1】。相當于第1種來說，第2種的鍛造工藝更加先進，引進了國外先進的前軸毛坯生產技術和設備，形成一套完整的輥鍛制坯工藝流程，包括彎曲、預鍛、精密輥鍛成形、切邊、熱校正，具有自動化程度高，生產質量和效率優良的特點，但是對于投入成本也是比較高的。其次是第3種工藝，主要采用了輥鍛制坯，并使用摩擦壓力機進行整體模鍛成型，加強了對程控機械手的使用，提高了自動化的生產效率，降低了工人的生產成本，是每個制造出來的鍛件都能夠精確無誤。這項工藝的投資成本遠遠高于模鍛成形工藝生產線的投資成本【2】。本篇文章主要是對第4種軸鍛成形工藝進行具體的分析和闡述，使用大型輥鍛機制造出展直的輥軋件，再通過整形、切邊、定長彎曲、熱校正使鍛件進行成型。這項工藝使得設備投資減少，降低了模具的使用成本，提高了模具加工的生產效率和鍛件的質量。

1 汽車前軸的結構特點及工藝分析

1.1 汽車前軸的結構特點

汽車前軸主要是采用彎曲軸線的工字形截面，能夠鍛造出細長類鍛件。具有截面變化大，腹板較薄，筋條窄而深的特點。如下圖所示。

圖1 某汽車前軸零件

1.2 汽車前軸輥鍛工藝分析

汽車前軸的工藝主要是利用輥鍛機對金屬進行分配，達到鍛件圖上對工字截面筋的目標要求。最重要的工序就是輥鍛機上進行制坯、預成型、終成形輥鍛的三次輥軋，第一道是制坯輥鍛，主要是對金屬體積進行合理分配和解決金屬分配中出現的問題，由此來保證托板部位的寬度。第二道工序是預成型工輥鍛，主要是解決前軸的長度方向金屬的體積分配問題。第三道工序是終成型輥鍛，主要是保證鍛件整個截面的形狀，并且在兩頭的高度方向留有一定的整形空間。

對于輥鍛的變形過程來說，是一種接近局部的、連續的、非封閉的以及靜壓的變形過程，可以幫助金屬將鍛件方向延伸。汽車前軸鍛件對金屬分布有著嚴格的要求，所以該項工藝比較適合，不僅可以提高金屬的縱向分布率，還可以有效的減少鍛件的用料量，同時還提高了鍛件的抗疲勞斷裂性能以及縱向力學的性能，一定程度上還可以加大前軸鍛件的使用年限。除此之外，輥鍛在變形的過程當中，金屬的聚料和展寬是非常復雜的，尤其是對托板高寬大，截面變化大的前軸鍛件來說，更是帶來了很大的困難。前軸主銷孔的定位以及托板對四個角更是很難成形。因此，輥鍛在進行變形之后，還需要后續的整形，只有這樣才能保證前軸兩端、拖板以及定位保持得更好。同時，后期的定長彎曲工序可以保證軸線的彎曲度。總的來說，在生產汽車前軸鍛件的時候，是可以采用輥鍛工藝的。

2 生產實踐

對于模鍛生產的金屬填充性以及穩定性來說，輥鍛生產受到的影響因素更多。在進行第一道輥鍛生產時，只需要保證模具的預熱、潤滑的程度以及始鍛的溫度，就可以獲得足夠大的展寬量。再進行第二道輥鍛生產時，可以利用制坯件的尾進行相關定位，在尾部可以形成一個拳頭。進行第三道輥鍛生產時，可以依靠這個拳頭為坯料進行精準定位，從而在外部形成第三個拳頭。通過這樣的方式來改變塑料的方向，不僅可以幫助拳頭托板的形成，還可以有效的控制輥鍛件的長度。

對于這三道輥鍛生產來說，不管是哪一道工序，都是采用強制咬入的方式，也就是在毛坯初始咬入的時候，在后端使用氣缸頂料的裝置提供壓力，由此來保證坯料的咬入狀況。對于模具來說，最好的預熱溫度為200～300攝氏度，并且要求預熱均勻。與此同時，需要采用石墨加廢機油的方式作為作為潤滑劑，并且要求潤滑到位，不然的話，就容易造成毛坯模具損壞、金屬流動困難等問題，更嚴重的可能會造成金屬在模具中流動不均勻，使毛坯料粘著在模具當中，造成毛坯的損壞。除此之外，相關工作人員能及時調整潤滑劑的濃度，盡量將潤滑劑控制在一個比較小的范圍內。

在進行滾動的過程當中，要想保證毛坯的偏擺水平彎曲，除了要在設計行槽時考慮到各個界面上的壓力差之外，還要在送料的時候，還要采用強制異向裝置。如果在進行操作的過程當中，沒有將毛坯擺正或者毛坯的截面并沒有和模具截面吻合的話，就很難保證毛坯的偏擺水平彎曲。

與此同時，在進行生產的過程當中，還要控制好輥鍛的溫度。如果溫度偏高的話，金屬會朝長度方向流動，高度方向就不會被填充，不利于托板的形成。如果溫度偏低的話，就會增大變形抗力，尤其是在最終輥鍛成形的時候，可能會出現卡模的情況。通過相關的實踐表明，在進行第一道輥鍛的時候，EQ142 前軸的初始溫度為1050攝氏度，在進行第二道輥鍛的時候，溫度應該控制在950攝氏度左右，在進行第三道輥鍛的時候，溫度不能低于850攝氏度，不然的話就會容易出現卡膜的現象。但是，如果第二道工序或者第三道工序的初始溫度高于1000攝氏度的話，那么拖板的四個角就會出現充不滿的現象。

最后，設計師在制造新的輥鍛模具時，必須要經過反復的調試和修模，只有這樣才能生產出合適的鍛件。

結束語

對于以上所說，確定輥鍛成形工藝參數的方法和一般模鍛的方法有相似的地方，但是又有特殊的地方。在進行輥鍛模具設計的時候，必須要以各道次的輥鍛件圖為基礎，但是在控制長度尺寸的時候，要減小前滑值S。對于前滑值來說，并不是一個確定的值，它會隨著鍛造的溫度等相關參數的變化而變化。目前，輥鍛工藝存在的不均勻變形、展寬困難以及控制鍛件長度等問題，都可以通過設計合理模具、成形工藝以及采用專門的工裝夾具解決。目前對于輥鍛成形的工藝來生產汽車前軸的生產線來說，需要對投資僅僅是進口生產線1/40 ～ 1/20。并且85%以上材料利用率也要比普通模鍛節省材料，也就是說，生產的數量越大，產生的效益也就越大。希望通過本文對于汽車前軸輥鍛成形工藝的相關研究和分析，可以對我國汽車前軸乃至其他零部件的生產改進和優化起到一定的促進作用和借鑒意義。

參考文獻：

[1]呂霄，劉艷雄，王孝文.汽車前軸第1道次輥鍛成形工藝有限元模擬與實驗[J].鍛壓技術，2017，42（2）：5-11.

[2]尚帥.載重汽車前軸模鍛毛坯的輥鍛成形工藝研究[D].湖北：武漢理工大學，2016.