专利名称：一种汽车后桥半轴法兰锻造工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽车锻件锻造工艺，具体涉及一种在平锻机上制坯、在摆碾机上摆碾 成型的汽车后桥半轴法兰锻造工艺。
背景技术：
汽车后桥半轴是车轮转动的直接驱动件，是汽车传递扭矩的一个重要零件。汽车 运行时，发动机输出的扭矩，经过多级变速传递给汽车后桥半轴，再由汽车后桥半轴传递到 车轮上，推动汽车前进或倒行，因此，汽车后桥半轴在工作时具有承受冲击、交变弯曲疲劳 载荷和扭力的作用，这样就要求汽车后桥半轴具有足够的抗弯强度、抗剪强度和较好的韧 性。目前，利用摆碾机生产汽车后桥半轴法兰锻造工艺多为二次火工艺，汽车后桥半 轴坯料第一次加热后用自由锻或液压机等设备制坯，制坯时间较长，制坯时工件散热快，造 成毛坯第一次加热后的温度经散热降至600 °C左右，坯料可塑性降低，不能满足摆碾工艺要 求，因此需要对第一次加热变形后的半轴毛坯进行第二次加热。此工艺存在着锻件氧化皮 大，锻件表面质量差，生产成本高，生产效率低等问题。
发明内容
本发明的目是针对上述背景技术存在的问题，提供一种生产效率高，生产成本低 的汽车后桥半轴法兰锻造工艺，使其能简化工艺和设备，提高锻件的尺寸精度和表面质量。为实现上述目的，本发明提出的一种汽车后桥半轴法兰锻造工艺，它包括如下步 骤1)将圆形棒料加热到1150°C 1250°C，再在平锻机上利用模具锥形型腔对所述 圆形棒料进行镦粗制坯，形成汽车后桥半轴中间坯，所述汽车后桥半轴中间坯具有前粗后 细的圆台形状部分，该圆台形状部分的长度与直径之比的范围为0. 9 1. 5，所述直径为圆 台形状部分的平均直径，对所述镦粗制坯工艺时间进行控制，使汽车后桥半轴中间坯的温 度保持在1000°C 1100°C ；2)将上述汽车后桥半轴中间坯直接在摆碾机上进行摆碾成型得到汽车后桥半轴法兰。在所述步骤1)中，当采用的圆形棒料被镦粗部分的长度 < 圆形棒料的直径的三 倍时，所述镦粗制坯工序只需进行一步镦粗制坯，即可形成所述汽车后桥半轴中间坯。在所述步骤1)中，当采用的圆形棒料被镦粗部分的长度 > 圆形棒料的直径的三 倍时，在平锻机上利用模具锥形型腔对所述圆形棒料进行多步镦粗制坯，直到圆形棒料被 镦粗部分的长度<圆形棒料直径的三倍时，可在下一步镦粗制坯时，形成所述汽车后桥半 轴中间坯。在步骤1)中，所述镦粗制坯采用四步镦粗工序制坯得到汽车后桥半轴中间坯，第 一步镦粗工序制坯时的压缩系数< 2. 8 ；第二步镦粗工序制坯时的压缩系数< 2. 4 ；第三步镦粗工序制坯时的压缩系数< 2. 2 ；第四步镦粗工序制坯时的压缩系数< 2. 0。所述在平锻机上第一步镦粗工序制坯时，模具锥形型腔的大端直径增大系数￡ 的范围为1. 2 1. 3 ；所述第二步镦粗工序制坯时，模具锥形型腔的大端直径增大系数￡ 的范围为1.3 1.4;所述第三步镦粗工序制坯时，模具锥形型腔的大端直径增大系数￡ 的范围为1.4 1.5 ；所述第四步镦粗工序制坯时，模具锥形型腔的大端直径增大系数￡ 的范围为1.4 1.5。所述第一步镦粗工序制坯时，模具锥形型腔的小端直径增大系数n的范围为1 1.05;所述第二步镦粗工序制坯时，模具锥形型腔的小端直径增大系数n的范围为1 1.1，所述第三步镦粗工序制坯时，模具锥形型腔的小端直径增大系数n的范围为1 1.15，所述第四步镦粗工序制坯时，模具锥形型腔的小端直径增大系数n的范围为1.05 1. 15。所述第一步镦粗工序制坯时，模具锥形型腔的金属充不满模槽系数P的范围为 1. 0 1. 08 ；所述第二步镦粗工序制坯时，模具锥形型腔的金属充不满模槽系数P的范围 为1. 04 1. 06 ；所述第三步镦粗工序制坯时，模具锥形型腔的金属充不满模槽系数P的 范围为1. 03 1. 04 ；所述第四步镦粗工序制坯时，模具锥形型腔的金属充不满模槽系数P 的范围为1. 0 1. 03。所述压缩系数为0 = (I^-LJ/U，其中，k为每步镦粗制坯之前圆形棒料被镦粗部 分的长度，Lk为每步镦粗制坯之后圆形棒料被镦粗部分的长度，屯为每步镦粗制坯之前圆 形棒料被镦粗部分的平均直径，第一步镦粗工序制坯时屯取圆形棒料直径，从第二步镦粗 工序制坯起，屯取前次镦粗制坯时圆形棒料被镦粗部分的平均直径dcp = (dk+Dk)/2，其中， dk为第二步镦粗工序制坯后每步镦粗制坯时的圆形棒料被镦粗部分的小端直径，Dk为第二 步镦粗工序制坯后每步镦粗制坯时圆形棒料被镦粗部分的大端直径。所述模具锥形型腔的大端直径增大系数￡ 二口乂屯，其中，Dk为每步镦粗制坯时的 模具锥形型腔的大端直径，第一步镦粗工序制坯时屯取圆形棒料直径，从第二步镦粗工序 制坯起，屯取前次镦粗制坯的模具锥形型腔的平均直径dcp = (dk+Dk)/2，其中，dk为每步镦 粗制坯时的模具锥形型腔的小端直径。所述模具锥形型腔的小端直径增大系数n = cVU，其中，dk为每步镦粗制坯时的 模具锥形型腔的小端直径，d0为前一步镦粗制坯时的模具锥形型腔的小端直径。本发明的优点在于本发明提供的汽车后桥半轴法兰的锻造工艺，将传统的预锻 坯料两火次加热改为一次火加热；将传统镦粗工步选择自由锤锻机、液压机等生产设备预 成形的方法改进为在平锻机上镦粗制坯，使得此工艺具有所需制坯的锻造设备小，锻件加 热产生氧化皮少，锻件表面质量较好的优点，锻造出的汽车后桥半轴变形均勻，尺寸精度 高，并且提高了汽车后桥半轴法兰的锻造的生产效率，降低了汽车后桥半轴法兰的锻造的 生产成本。
图1为圆形棒料的结构示意图；图2为第一步镦粗工序制坯时第一圆形棒料的结构示意图；图3为第二步镦粗工序制坯时第二圆形棒料的结构示意图4为第三步镦粗工序制坯时第三圆形棒料的结构示意图；图5为第四步镦粗工序制坯时第四圆形棒料的结构示意图；图6为汽车后桥半轴法兰的结构示意图；图7为平锻机上镦粗制坯的模具结构及与制坯坯料装配示意图。其中，1-第一模具锥形型腔、2-第二模具锥形型腔、3-第三模具锥形型腔、4-第四 模具锥形型腔、5-前粗后细的圆台形状部分。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明本实施例为一种汽车后桥半轴法兰(如图6所示)锻造工艺，步骤如下1)将如图1所示的圆形棒料在中频加热炉中加热到1150°C 1250°C，再在如图7 所示的平锻机上利用模具锥形型腔对所述圆形棒料进行镦粗制坯，形成汽车后桥半轴中间 坯，所述汽车后桥半轴中间坯具有前粗后细的圆台形状部分5，该圆台形状部分的长度La 与直径之比的范围为0. 9 1. 5，保证了在后续摆碾机碾压过程中坯料不易发生倒斜或弯 曲，所述直径为圆台形状部分的平均直径(即如图5所示的圆台形状部分的小端直径《加 圆台形状部分的大端直径Dn后除以2)，对镦粗制坯工艺时间进行控制，使汽车后桥半轴中 间坯的温度保持在1000°C 1100°C ；上述技术方案中，当采用的圆形棒料被镦粗部分的长度LB <圆形棒料的直径的三 倍时，所述镦粗制坯工序只需进行一步镦粗制坯，即可形成所述汽车后桥半轴中间坯。当采用的圆形棒料被镦粗部分的长度Lb >圆形棒料的直径的三倍时，在平锻机上 利用模具锥形型腔对所述圆形棒料进行多步镦粗制坯，直到圆形棒料被镦粗部分的长度< 圆形棒料直径的三倍时，可在下一步镦粗制坯时，形成所述汽车后桥半轴中间坯。2)将上述汽车后桥半轴中间坯直接在摆碾机上进行摆碾成型得到汽车后桥半轴 法兰。2MN摆碾机的摆碾模具主要包括摆碾凹模和摆碾凸模，摆碾凹模型腔直径尺寸等于半 轴法兰外径尺寸XI. 015，且型腔形状与锻件相似；摆碾凸模的设计应该满足以下要求要求1 摆碾凸模是个锥角为180-2 Y (Y为摆角)的圆锥体，锥模母线上的尺寸 应当与设计的锻件的尺寸一致；要求2 摆碾凸模锥顶点，必须与摆碾凸模中心线与机器主轴中心线的交点重合， 才能使汽车后桥半轴法兰达到尺寸要求。在上述步骤1)中，镦粗制坯采用四步镦粗工序制坯得到汽车后桥半轴中间坯，第 一步镦粗工序制坯时的压缩系数< 2. 8 ；第二步镦粗工序制坯时的压缩系数< 2. 4 ；第三步 镦粗工序制坯时的压缩系数< 2. 2 ；第四步镦粗工序制坯时的压缩系数< 2. 0 ；所述压缩 系数为0 = (LfLkVc^，其中，k为每步镦粗制坯之前圆形棒料被镦粗部分的长度，Lk为 每步镦粗制坯之后圆形棒料被镦粗部分的长度，d0为每步镦粗制坯之前圆形棒料被镦粗部 分(即圆台部分)的平均直径，第一步镦粗工序制坯时屯取圆形棒料直径，从第二步镦粗 工序制坯起，d0取前次镦粗制坯时圆形棒料被镦粗部分(即圆台部分)的平均直径dcp = (dk+Dk)/2，其中，dk为第二步镦粗工序制坯后每步镦粗制坯时的圆形棒料被镦粗部分(即 圆台部分)的小端直径，Dk为第二步镦粗工序制坯后每步镦粗制坯时圆形棒料被镦粗部分 (即圆台部分)的大端直径。
上述技术方案中，为了保证汽车后桥半轴中间坯最终准确成形，在平锻机上每部 镦粗制坯工序中对模具锥形型腔的大端直径增大系数，模具锥形型腔的小端直径增大系 数，模具锥形型腔的金属充不满模槽系数，控制在如下范围内对于模具锥形型腔的大端直径增大系数￡，在平锻机上第一步镦粗工序制坯时， 模具锥形型腔的大端直径增大系数￡的范围为1. 2 1. 3 ；所述第二步镦粗工序制坯时， 模具锥形型腔的大端直径增大系数￡的范围为1. 3 1. 4 ；所述第三步镦粗工序制坯时， 模具锥形型腔的大端直径增大系数￡的范围为1.4 1.5;所述第四步镦粗工序制坯时， 模具锥形型腔的大端直径增大系数￡的范围为1.4 1.5;模具锥形型腔的大端直径增大 系数￡ [Dk/U，其中，Dk为每步镦粗制坯时的模具锥形型腔的大端直径，第一步镦粗工序 制坯时屯取圆形棒料直径，从第二步镦粗工序制坯起，d0取前次镦粗制坯的模具锥形型腔 的平均直径dcp = (dk+Dk)/2，其中，dk为每步镦粗制坯时的模具锥形型腔的小端直径。对于模具锥形型腔的小端直径增大系数n，第一步镦粗工序制坯时，模具锥形型 腔的小端直径增大系数n的范围为1 1. 05 ；所述第二步镦粗工序制坯时，模具锥形型腔 的小端直径增大系数n的范围为1 1.1，所述第三步镦粗工序制坯时，模具锥形型腔的小 端直径增大系数n的范围为1 1.15，所述第四步镦粗工序制坯时，模具锥形型腔的小端 直径增大系数n的范围为1.05 1.15，模具锥形型腔的小端直径增大系数n = dk/屯，其 中，dk为每步镦粗制坯时的模具锥形型腔的小端直径，屯为前一步镦粗制坯时的模具锥形 型腔的小端直径。对于模具锥形型腔的金属充不满模槽系数P，第一步镦粗工序制坯时，模具锥形 型腔的金属充不满模槽系数P的范围为1. 0 1. 08 ；所述第二步镦粗工序制坯时，模具锥 形型腔的金属充不满模槽系数P的范围为1. 04 1. 06 ；所述第三步镦粗工序制坯时，模 具锥形型腔的金属充不满模槽系数P的范围为1. 03 1. 04 ；所述第四步镦粗工序制坯 时，模具锥形型腔的金属充不满模槽系数P的范围为1. 0 1. 03。考虑锥形型腔的金属充 不满模槽系数P的目的是为了避免圆形棒料在镦粗成锥体时产生毛边，所以要把模具锥 形型腔的体积做成比制坯坯料的体积略大一点。上述每步镦粗制坯中的锥形型腔的长度L由公式L = UV(1+ 6 )/0. 262(Dk2+dk2+Dkdk)计算得出，其中，Dk为模具锥形型腔的大端直径；dk为模具 锥形型腔的小端直径；S为坯料加热时烧损率，感应加热时取 1. 5%;V为圆形棒料变 形部分体积。上述技术方案中，第一步镦粗工序制坯中圆形棒料被镦粗制坯部分的长度Lb由公 _ VA(1 + S)
式8 —冗.2计算得到， T"。其中，屯为圆形棒料的直径，S为圆形棒料加热时烧损率，感应加热时取 1. 5% ;VA为汽车后桥半轴法兰锻件体积。下面举例说明平锻机上四个积聚制坯工步的具体设计方式根据汽车后桥半轴法兰锻件体积\ = 904563mm3,汽车后桥半轴杆部直径为50mm， 选用圆形棒料的规格与半轴杆部直径相同为50mm，圆形棒料被镦粗制坯部分的长度Lb为
权利要求
一种汽车后桥半轴法兰锻造工艺，其特征在于它包括如下步骤1)将圆形棒料加热到1150℃～1250℃，再在平锻机上利用模具锥形型腔对所述圆形棒料进行镦粗制坯，形成汽车后桥半轴中间坯，所述汽车后桥半轴中间坯具有前粗后细的圆台形状部分，该圆台形状部分的长度与直径之比的范围为0.9～1.5，所述直径为圆台形状部分的平均直径，对所述镦粗制坯工艺时间进行控制，使汽车后桥半轴中间坯的温度保持在1000℃～1100℃；2)将上述汽车后桥半轴中间坯直接在摆碾机上进行摆碾成型得到汽车后桥半轴法兰。
2.根据权利要求1所述的汽车后桥半轴法兰锻造工艺，其特征在于在所述步骤1) 中，当采用的圆形棒料被镦粗部分的长度《圆形棒料的直径的三倍时，所述镦粗制坯工序 只需进行一步镦粗制坯，即可形成所述汽车后桥半轴中间坯。
3.根据权利要求1所述的汽车后桥半轴法兰锻造工艺，其特征在于在所述步骤1) 中，当采用的圆形棒料被镦粗部分的长度 > 圆形棒料的直径的三倍时，在平锻机上利用模 具锥形型腔对所述圆形棒料进行多步镦粗制坯，直到圆形棒料被镦粗部分的长度 < 圆形棒 料直径的三倍时，可在下一步镦粗制坯时，形成所述汽车后桥半轴中间坯。
4.根据权利要求3所述的汽车后桥半轴法兰锻造工艺，其特征在于在步骤1)中，所 述镦粗制坯采用四步镦粗工序制坯得到汽车后桥半轴中间坯，第一步镦粗工序制坯时的压 缩系数< 2. 8 ；第二步镦粗工序制坯时的压缩系数< 2. 4 ；第三步镦粗工序制坯时的压缩系 数< 2. 2 ；第四步镦粗工序制坯时的压缩系数< 2. 0。
5.根据权利要求4所述的汽车后桥半轴法兰锻造工艺，其特征在于所述在平锻机上 第一步镦粗工序制坯时，模具锥形型腔的大端直径增大系数ε的范围为1. 2 1. 3 ；所述 第二步镦粗工序制坯时，模具锥形型腔的大端直径增大系数ε的范围为1. 3 1. 4 ；所述 第三步镦粗工序制坯时，模具锥形型腔的大端直径增大系数ε的范围为1.4 1.5;所述 第四步镦粗工序制坯时，模具锥形型腔的大端直径增大系数ε的范围为1.4 1.5。
6.根据权利要求4所述的汽车后桥半轴法兰锻造工艺，其特征在于所述第一步镦粗 工序制坯时，模具锥形型腔的小端直径增大系数η的范围为1 1. 05 ；所述第二步镦粗工 序制坯时，模具锥形型腔的小端直径增大系数n的范围为1 1. 1，所述第三步镦粗工序制 坯时，模具锥形型腔的小端直径增大系数n的范围为1 1.15，所述第四步镦粗工序制坯 时，模具锥形型腔的小端直径增大系数η的范围为1.05 1. 15。
7.根据权利要求4所述的汽车后桥半轴法兰锻造工艺，其特征在于所述第一步镦粗 工序制坯时，模具锥形型腔的金属充不满模槽系数μ的范围为1. 0 1. 08 ；所述第二步镦 粗工序制坯时，模具锥形型腔的金属充不满模槽系数μ的范围为1. 04 1. 06 ；所述第三 步镦粗工序制坯时，模具锥形型腔的金属充不满模槽系数μ的范围为1. 03 1. 04 ；所述 第四步镦粗工序制坯时，模具锥形型腔的金属充不满模槽系数μ的范围为ι. ο 1.03。
8.根据权利要求4所述的汽车后桥半轴法兰锻造工艺，其特征在于所述压缩系数为 β = (Ltl-Lk) Altl，其中，Ltl为每步镦粗制坯之前圆形棒料被镦粗部分的长度，Lk为每步镦粗 制坯之后圆形棒料被镦粗部分的长度，d0为每步镦粗制坯之前圆形棒料被镦粗部分的平均 直径，第一步镦粗工序制坯时Cltl取圆形棒料直径，从第二步镦粗工序制坯起，d0取前次镦粗 制坯时圆形棒料被镦粗部分的平均直径dcp= (dk+Dk)/2，其中，dk为第二步镦粗工序制坯 后每步镦粗制坯时的圆形棒料被镦粗部分的小端直径，Dk为第二步镦粗工序制坯后每步镦粗制坯时圆形棒料被镦粗部分的大端直径。
9.根据权利要求5所述的汽车后桥半轴法兰锻造工艺，其特征在于所述模具锥形型 腔的大端直径增大系数ε =DkMci,其中，Dk为每步镦粗制坯时的模具锥形型腔的大端直 径，第一步镦粗工序制坯时Cltl取圆形棒料直径，从第二步镦粗工序制坯起，d0取前次镦粗制 坯的模具锥形型腔的平均直径dcp= (dk+Dk)/2，其中，dk为每步镦粗制坯时的模具锥形型 腔的小端直径。
10.根据权利要求6所述的汽车后桥半轴法兰锻造工艺，其特征在于所述模具锥形型 腔的小端直径增大系数n =CikMtl,其中，dk为每步镦粗制坯时的模具锥形型腔的小端直 径，d0为前一步镦粗制坯时的模具锥形型腔的小端直径。
全文摘要
本发明公开了一种汽车后桥半轴法兰锻造工艺，包括如下步骤将圆形棒料加热到1150℃～1250℃，再在平锻机上利用模具锥形型腔对所述圆形棒料进行镦粗制坯，形成汽车后桥半轴中间坯，所述汽车后桥半轴中间坯具有前粗后细的圆台形状部分，该圆台形状部分的长度与直径之比的范围为0.9～1.5，所述直径为圆台形状部分的平均直径，对所述镦粗制坯工艺时间进行控制，使汽车后桥半轴中间坯的温度保持在1000℃～1100℃；将上述汽车后桥半轴中间坯直接在摆碾机上进行摆碾成型得到汽车后桥半轴法兰。本发明使得工艺所需制坯的锻造设备小，锻件加热产生氧化皮少，锻件表面质量较好的优点，锻造出的汽车后桥半轴变形均匀，尺寸精度高，并且提高了汽车后桥半轴法兰的锻造的生产效率。
文档编号B21K7/12GK101947634SQ20101027735
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月3日 优先权日2010年9月3日
发明者司马智民, 杨金成, 毛厚军, 陈学慧 申请人:东风汽车有限公司