高强度异形臂一次模锻成型技术探析

1高强度异形臂一次模锻成型技术简介

某项目产品异形臂(图1）是汽车转向系统的主要配套产品之一,结合以往该类产品的加工经验,主要是通过模锻的方式使外形达到设计要求,然后再按设计要求进行机械加工,以满足零件具体尺寸要求。由于该类产品品种较多,每台车涉及15种不同的异形臂,且每种臂的重量都在50kg左右,若每种异形臂都通过模锻方式进行加工,不但需要4000t以上大型的锻造设备(该设备费用在400万元以上）,且每种异形臂都需要一套专用的模具,每套模具费用大概在30万元,生产成本较高,生产效率极低。

针对上述问题,我公司经过不断修改工艺参数以及几十次的工艺试验,最终制作成功了15种异形臂共用的锻压通用模具,通过调整锻压模具中的活块,进而调整模具尺寸,以模锻获得多种尺寸的异形臂,且产品经过超声波探伤仪检测、金相检验及机械性能检测,各项技术指标完全满足要求。应用该异形臂生产方法,节省了锻压模具的制作时间,节约了模具制造成本400万元左右,解决了模锻过程中调换模具的难题。

图1异形臂

2高强度异形臂技术指标

异形臂作为汽车悬架系统的导向和传力元件,将作用在车轮上的各种力传递给车身,同时保证车轮按一定轨迹运动。异形臂分别通过球较或者衬套把车轮和车身弹性地连接在一起。异形臂(包括与之相连的衬套及球头）应有足够的刚度、强度和使用寿命。高强度异形臂的产品组织材料主要为索氏体,该材料结构呈均匀的晶体分布,硬度HB270～350,抗拉强度≥900MPa,能够保证在强压作用下不变形,产品的力学性能稳定,屈服强度≥600MPa。

采用一次模锻成型技术的异形臂抗拉强度≥980MPa,屈服强度≥650MPa,抗压能力强,产品不易变形,提高了汽车的安全性。

3高强度异形臂一次模锻成型技术方案论述

3.1项目产品生产工艺流程

异形臂生产工艺流程:锻坯料二铣坯料平面二数控气割外形(按不同种类异形臂）二模锻工艺设计二模具设计二模具加工及各种辅助装置的设计,加工坯料二加热二模锻(通用模具,15种异形臂共用一副模具）二热处理二机械加工二探伤检验及其他各项理化检测二渗氮处理二检测二入库。

技术路线:项目立项二可行性方案论证二设计工艺二制定质量计划二经客户认可的质量计划二设备选型二设备安装调试二产业化工艺方案二小批量试制二检验测试二验证二工艺方案修订二工艺定型二制定工艺规范二建立检测规程二项目完成并验收。

3.2关键技术

3.2.1模具制作

针对锻件特点,结合工厂实际情况,确定了银锻机制坯、摩擦压力机模锻的锻造工艺,其流程为:下料二中频感应加热二银锻制坯二弯曲二锻造二切边二校正(弯曲）。15种异形臂制作共用一副模锻通用模具,如图2所示。15种异形臂模锻压时分别只需通过调整通用模具上模(图3）的件2及件3来调整异形臂尺寸,在模锻工序中不需要大量模具,也不需要大型的锻造设备,只需要一台250t的油压机,将上模、下模装在油压机工作台上即可,该油压机费用4万元,大大降低了设工装模具及设备的投入。结合左(右）下异形臂的特点,将左(右）下异形臂的银锻、弯曲、终锻、切边设计成通用模具,在校正工序中加入弯曲成形工序,使其有左、右之分,这不仅有利于模具加工,也便于锻件成形。

图2通用模具

3.2.2模锻工艺

在铸造过程中,冷却强度大可以保证获得良好的形核率和细小的晶粒组织,但同时金属原子扩散受阻,存在不平衡的亚稳定组织,其内部存在较大的内应力。合理的均匀化退火可以加速亚稳定组织的原子在晶内扩散,使晶内化学成分更加均匀。同时,富集在晶粒和枝晶边界上可溶的金属间化合物和强化相进行溶解和扩散,使铸锭组织更加均匀,加工性能得到提高。

较高的锻造温度有利于改善金属材料的流动性,减小变形抗力和设备打击力,提高金属的充型能力。因此,锻造时合金的加热温度应尽量接近变形温度区间的上限值。通过研究锻造方法,最终将切割好的异形臂坯料加热至1150～1180℃,保温30～50min,利用250t油压机及异形臂通用模具锻压成精度、粗糙度较高的异形臂。

3.2.3热处理工艺

模具预热温度的提高更有利于锻件获得稳定的金相组织,从而得到性能优越的锻件。适当提高模具温度,可减少锻件表层与心部的温度差,使锻件温度分布更加均匀。由于42CrMo属于超高强度合金钢,不同的热处理工艺参数会使其内部组织和性能不同,为满足异形臂性能要求,该项目经过多次试验分析研究,确定最终热处理工艺参数如下:将模锻后的半成品在800～850℃下进行淬火处理,淬火剂采用有机聚合物油,然后在520～550℃下进行回火处理。

4结语

本文研发的多种异形臂共用一副通用模具及异形臂一次成型技术,可有效解决传统模锻加工中锻压模具多、调换模具难、成品率低、生产成本高等问题,在类似结构锻造工艺方面有较高的推广应用价值。