汽车前轴辊锻成形工艺分析

秦润庚 廖德侃

摘 要：前轴对于汽车底盘系统来说是非常重要的部分，本篇文章以汽车的前轴结构状态为依据，对辊锻工业中出现的问题进行了分析和总结，主要是对它的特点和类型的阐述，这也确保了前轴精密制坯公益能够得到有效掌握，并起到了重要的推动作用。

关键词：前轴；汽车底盘；辊锻工艺

汽车前轴锻造工艺在没有改进之前主要是使用5t模锻锤或者10t、16t模锻锤辊工艺。这个工艺存在很多弊端，比如因为劳动条件差、加热火次比较多、模具寿命低、锻造质量差、废品率高、成本高等不利因素，对其进行相应的改进是很有必要的【1】。相当于第1种来说，第2种的锻造工艺更加先进，引进了国外先进的前轴毛坯生产技术和设备，形成一套完整的辊锻制坯工艺流程，包括弯曲、预锻、精密辊锻成形、切边、热校正，具有自动化程度高，生产质量和效率优良的特点，但是对于投入成本也是比较高的。其次是第3种工艺，主要采用了辊锻制坯，并使用摩擦压力机进行整体模锻成型，加强了对程控机械手的使用，提高了自动化的生产效率，降低了工人的生产成本，是每个制造出来的锻件都能够精确无误。这项工艺的投资成本远远高于模锻成形工艺生产线的投资成本【2】。本篇文章主要是对第4种轴锻成形工艺进行具体的分析和阐述，使用大型辊锻机制造出展直的辊轧件，再通过整形、切边、定长弯曲、热校正使锻件进行成型。这项工艺使得设备投资减少，降低了模具的使用成本，提高了模具加工的生产效率和锻件的质量。

1 汽车前轴的结构特点及工艺分析

1.1 汽车前轴的结构特点

汽车前轴主要是采用弯曲轴线的工字形截面，能够锻造出细长类锻件。具有截面变化大，腹板较薄，筋条窄而深的特点。如下图所示。

图1 某汽车前轴零件

1.2 汽车前轴辊锻工艺分析

汽车前轴的工艺主要是利用辊锻机对金属进行分配，达到锻件图上对工字截面筋的目标要求。最重要的工序就是辊锻机上进行制坯、预成型、终成形辊锻的三次辊轧，第一道是制坯辊锻，主要是对金属体积进行合理分配和解决金属分配中出现的问题，由此来保证托板部位的宽度。第二道工序是预成型工辊锻，主要是解决前轴的长度方向金属的体积分配问题。第三道工序是终成型辊锻，主要是保证锻件整个截面的形状，并且在两头的高度方向留有一定的整形空间。

对于辊锻的变形过程来说，是一种接近局部的、连续的、非封闭的以及静压的变形过程，可以帮助金属将锻件方向延伸。汽车前轴锻件对金属分布有着严格的要求，所以该项工艺比较适合，不仅可以提高金属的纵向分布率，还可以有效的减少锻件的用料量，同时还提高了锻件的抗疲劳断裂性能以及纵向力学的性能，一定程度上还可以加大前轴锻件的使用年限。除此之外，辊锻在变形的过程当中，金属的聚料和展宽是非常复杂的，尤其是对托板高宽大，截面变化大的前轴锻件来说，更是带来了很大的困难。前轴主销孔的定位以及托板对四个角更是很难成形。因此，辊锻在进行变形之后，还需要后续的整形，只有这样才能保证前轴两端、拖板以及定位保持得更好。同时，后期的定长弯曲工序可以保证轴线的弯曲度。总的来说，在生产汽车前轴锻件的时候，是可以采用辊锻工艺的。

2 生产实践

对于模锻生产的金属填充性以及稳定性来说，辊锻生产受到的影响因素更多。在进行第一道辊锻生产时，只需要保证模具的预热、润滑的程度以及始锻的温度，就可以获得足够大的展宽量。再进行第二道辊锻生产时，可以利用制坯件的尾进行相关定位，在尾部可以形成一个拳头。进行第三道辊锻生产时，可以依靠这个拳头为坯料进行精准定位，从而在外部形成第三个拳头。通过这样的方式来改变塑料的方向，不仅可以帮助拳头托板的形成，还可以有效的控制辊锻件的长度。

对于这三道辊锻生产来说，不管是哪一道工序，都是采用强制咬入的方式，也就是在毛坯初始咬入的时候，在后端使用气缸顶料的装置提供压力，由此来保证坯料的咬入状况。对于模具来说，最好的预热温度为200～300摄氏度，并且要求预热均匀。与此同时，需要采用石墨加废机油的方式作为作为润滑剂，并且要求润滑到位，不然的话，就容易造成毛坯模具损坏、金属流动困难等问题，更严重的可能會造成金属在模具中流动不均匀，使毛坯料粘着在模具当中，造成毛坯的损坏。除此之外，相关工作人员能及时调整润滑剂的浓度，尽量将润滑剂控制在一个比较小的范围内。

在进行滚动的过程当中，要想保证毛坯的偏摆水平弯曲，除了要在设计行槽时考虑到各个界面上的压力差之外，还要在送料的时候，还要采用强制异向装置。如果在进行操作的过程当中，没有将毛坯摆正或者毛坯的截面并没有和模具截面吻合的话，就很难保证毛坯的偏摆水平弯曲。

与此同时，在进行生产的过程当中，还要控制好辊锻的温度。如果温度偏高的话，金属会朝长度方向流动，高度方向就不会被填充，不利于托板的形成。如果温度偏低的话，就会增大变形抗力，尤其是在最终辊锻成形的时候，可能会出现卡模的情况。通过相关的实践表明，在进行第一道辊锻的时候，EQ142 前轴的初始温度为1050摄氏度，在进行第二道辊锻的时候，温度应该控制在950摄氏度左右，在进行第三道辊锻的时候，温度不能低于850摄氏度，不然的话就会容易出现卡膜的现象。但是，如果第二道工序或者第三道工序的初始温度高于1000摄氏度的话，那么拖板的四个角就会出现充不满的现象。

最后，设计师在制造新的辊锻模具时，必须要经过反复的调试和修模，只有这样才能生产出合适的锻件。

结束语

对于以上所说，确定辊锻成形工艺参数的方法和一般模锻的方法有相似的地方，但是又有特殊的地方。在进行辊锻模具设计的时候，必须要以各道次的辊锻件图为基础，但是在控制长度尺寸的时候，要减小前滑值S。对于前滑值来说，并不是一个确定的值，它会随着锻造的温度等相关参数的变化而变化。目前，辊锻工艺存在的不均匀变形、展宽困难以及控制锻件长度等问题，都可以通过设计合理模具、成形工艺以及采用专门的工装夹具解决。目前对于辊锻成形的工艺来生产汽车前轴的生产线来说，需要对投资仅仅是进口生产线1/40 ～ 1/20。并且85%以上材料利用率也要比普通模锻节省材料，也就是说，生产的数量越大，产生的效益也就越大。希望通过本文对于汽车前轴辊锻成形工艺的相关研究和分析，可以对我国汽车前轴乃至其他零部件的生产改进和优化起到一定的促进作用和借鉴意义。

参考文献：

[1]吕霄，刘艳雄，王孝文.汽车前轴第1道次辊锻成形工艺有限元模拟与实验[J].锻压技术，2017，42（2）：5-11.

[2]尚帅.载重汽车前轴模锻毛坯的辊锻成形工艺研究[D].湖北：武汉理工大学，2016.