專利名稱：半軸套管熱擠壓成形技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械熱加工，鍛造領(lǐng)域，涉及到一種載重卡車后橋半軸套管熱擠壓成形技術(shù)。
半軸套管是載重卡車后橋上的重要另件，要求承受載重卡車70-80％的重量，承受沖擊交變載荷，工作條件很惡劣。所以半軸套管應(yīng)有良好的綜合機(jī)械性能，單橋載重卡車每車用量為2件，雙橋載重卡車為4件。目前我國載重卡車后橋半軸套管均采用汽車半軸套管用無縫鋼管(GB3088-82)作毛壞，在平鍛機(jī)或采用胎模鍛方法鍛造成形，如我國主要載重卡車生產(chǎn)廠家中國一汽集團(tuán)公司、東風(fēng)汽車集團(tuán)公司、中國重型汽車集團(tuán)公司等。采用無縫鋼管鍛造半軸套管存在的問題主要有①無縫鋼管壁厚差(鋼管同一截面上壁厚的差值)較大，按國標(biāo)GB3088-82，壁厚大于15的鋼管，其壁厚偏差允許值為(+12.5％)-(-7.5％)，以壁厚25mm無縫鋼管為例，其壁厚允許偏差值為5mm。因此半軸套管的機(jī)械加工余量較大，以保證管壁有足夠的機(jī)械加工余量；②汽車后橋半軸套管在結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計及強(qiáng)度設(shè)計方面受到現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的幾種尺寸規(guī)格及材料成份的限制，某些形狀尺寸較復(fù)雜的半軸套管采用無逢鋼管難以成形；③汽車半軸套管用無縫鋼管價格較高，比熱軋圓鋼或方鋼高70-75％，不利于降低生產(chǎn)成本；④用無縫鋼管鍛造半軸套管只是局部變形，鍛件的內(nèi)部組織質(zhì)量較差，材料纖維流線不理想。
目前世界上汽車工業(yè)較發(fā)達(dá)國家如美、德國、日本、韓國等均采用熱軋圓鋼或方鋼在專用的快速熱擠壓設(shè)備上鍛造成形，對于帶法蘭盤的半軸套管則采用多臺設(shè)備聯(lián)合鍛造的方法，先在模鍛錘上將帶法蘭盤的頭部鍛成形并沖出盲孔，再次加熱后，在油壓機(jī)上沖孔擠壓成形桿部。這種鍛件質(zhì)量好，性能優(yōu)于前種鍛件，是目前國際上較先進(jìn)的產(chǎn)品。但是該技術(shù)因其專用設(shè)備價格昂貴(每臺設(shè)備約要60-70萬美元)，我國及大多數(shù)發(fā)展中國家的企業(yè)因資金承受不起難以引進(jìn)，因其設(shè)備昂貴致使產(chǎn)品成本較高(每件300-400元人民幣)用戶也難于接受。
本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種新的載重卡車后橋半軸套管熱擠壓成形技術(shù)，擬在鍛造設(shè)備中造價較低為萬能油壓機(jī)上采用熱軋圓鋼或方鋼做毛坯，生產(chǎn)包括帶法蘭盤和不帶法蘭盤的半軸套管鍛件，在降低生產(chǎn)成本的同時提高產(chǎn)品質(zhì)量，滿足后橋半軸套管在結(jié)構(gòu)尺寸、強(qiáng)度設(shè)計等方面的要求。
載重卡車半軸套管軸向總長一般為300mm左右，加上穿孔成形及取件所需行程，要求設(shè)備行程大于900mm，模具閉合高度大于700mm，并且要有足夠大的工作臺面。這些要求在普通鍛壓設(shè)備上如模鍛錘、熱模鍛壓機(jī)及平鍛機(jī)上難以實現(xiàn)。因此我們決定在萬能油壓機(jī)上采用熱軋圓鋼或方鋼作毛坯生產(chǎn)半軸套管鍛件。萬能油壓機(jī)是鍛造設(shè)備中造價最低廉的設(shè)備之一，采用這種設(shè)備可大幅度降低項目投資，一臺500噸萬能油壓機(jī)只需人民幣29萬元。但在萬能油壓機(jī)上鍛造半軸套管首先應(yīng)解決好以下三個問題第一，萬能油壓機(jī)不能承受偏心載荷，即設(shè)備壓力中心應(yīng)與金屬成形中心重合。半軸套管成形需要經(jīng)過下料、鐓粗、整形鐓粗、正擠壓桿部、擴(kuò)鐓頭部(終成形)和截頭等工序，其中2個主要成形工步(正擠壓桿部與終成形)，其變形力較大，如何使得每一個成形工步的變形中心與設(shè)備壓力中心重合；第二，萬能油壓機(jī)工作行程速度僅為8-10mm/秒，完成每一個成形工步所需時間約為12-20秒，模具型腔與熱金屬坯料接觸時間較長，模具升溫會很高。因此模具的潤滑冷卻問題必須解決好，否則模具的壽命會很低。甚至不可能實現(xiàn)扎鋼壞料的成形；第三，由于熱扎鋼坯料與模具型腔接觸時間長而導(dǎo)致溫度下降，成形力急劇增大，因此需要尋找一種合理的金屬成形方式及模具型腔結(jié)構(gòu)，以達(dá)到最大限度地降低變形力之目的。
為解決第一個問題，我們設(shè)計了專用的液壓模架，該模架由鋼制上下模座、上下推拉油缸、導(dǎo)軌、定位塊和助力機(jī)構(gòu)組成，并通過上下墊板固定在萬能油壓機(jī)的上下工作臺面上(該液壓模架作為另案申請)。在布置工位時，將半軸套管成形變形力最大的二個工步分別安排在模架的左右工位上。工作初始，上下模座中左工位的中心與設(shè)備(萬能油壓機(jī))中心重合；當(dāng)左工位成形結(jié)束后，上下推攔油缸將上下模座同時左推進(jìn)一個工位的距離，此時上下模座中右工位的中心與設(shè)備中心重合。如此往返運(yùn)動，左右工位中心交替與設(shè)備中心重合，避免了設(shè)備在成形時承受過大偏心載荷。
為解決第二個問題，我們針對凹模和沖頭的結(jié)構(gòu)特點及受力情況精心設(shè)計了循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，并采用水基石墨劑對沖頭及凹模進(jìn)行潤滑。循環(huán)水冷卻系統(tǒng)如

圖1所示，在凹模外表面裝一水套，水套上設(shè)有螺旋狀的循環(huán)水道，凹模的熱量傳給冷卻水套，再由其中的循環(huán)水將熱量帶走，從而保證凹模體的溫度不會過高。(溫度控制在200-300℃)在沖頭上設(shè)有-Φ15的深孔，孔中插入一根Φ10的水管，這樣在水管與其間隙之間形成循環(huán)水路，通過循環(huán)水將沖頭的熱量帶走，保證沖頭的溫度不會過高(溫度控制在200-300℃)。
為了解決第三個問題，我們首先分析了影響變形力的各種因素，影響變形力的因素主要有溫度變形速率及鍛件(半軸套管)的結(jié)構(gòu)尺寸因素[A-(B+2C)]值的大小(如圖2所示)。根據(jù)從實驗中得到的數(shù)據(jù)，變形速率越低，變形力越小，在萬能油壓機(jī)上的鐓粗變形力約為熱模鍛壓機(jī)上的1/3-1/5，這是萬能油壓機(jī)上成形有利的一面。降低變形力的關(guān)鍵是如何保證扎鋼坯料在變形過程中有足夠的溫度及減小結(jié)構(gòu)尺寸因素[A-(B+2C)]的值。半軸套管頭部管壁較桿部薄，如果將半軸套管頭部和桿部同時成形，在長達(dá)十幾秒的成形過程中頭部因壁薄溫度下降較快而導(dǎo)致變形抗力劇增。為了避免出現(xiàn)這種情況，我們將半軸套管頭部和桿部分步進(jìn)行將頭部的外徑及孔徑減小，先成形桿部，這樣既增加了頭部分的壁厚，同時也減小了結(jié)構(gòu)尺寸因素[A-(B+2C)]的值，使成形力降低，保證桿部的順利成形；桿部成形后再成形頭部，頭部以擴(kuò)鐓方式成形，成形力較小，桿部保持不變形。根據(jù)半軸套管各種不同的形狀尺寸我們經(jīng)過反復(fù)試驗總結(jié)出如圖3所示的三種適合半軸套管的成形方式。成形某一種半軸套可根據(jù)其形狀尺寸特點，成形方式采用其中的一種或幾種方式的組合。該發(fā)明能生產(chǎn)帶法蘭盤和不帶法蘭盤的各種形狀尺寸的半軸套管如圖2及表一所示。
將帶法蘭盤半軸套管成形之關(guān)鍵工步由先成形套管頭部后成形套管桿部“二火成形”工藝，改為先成形桿部后成形頭部“一火成形”是本發(fā)明又一特點。國外的鍛造方法是先成形頭部后成形桿部，由于頭部易成形，在溫度高對先成形頭部，待成形桿部時溫度已達(dá)不到成形要求，須再加溫才能完成，即謂“二火成形”。我們是先成形桿部，待成形頭部時溫度雖已降低，但頭部成形需要溫度低于桿部，所以不必再加溫“一火”便可成形。
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進(jìn)一步加以說明實施例一鍛件的形狀尺寸如圖4之7所示，鍛件頭部外徑尺寸為Φ137，桿部外徑尺寸為Φ80，桿部為直段(無斜度)。其形狀尺寸因素[A-(B+2C)]=137-80=57，終成形擠壓變形面積為(1372-802)=9714.59mm2，成形設(shè)備選用500t萬能油壓機(jī)，則單位變形面積所有達(dá)到的最大變形為力500×1000/9714.59=51.47公斤力/mm2。這一變形力可以滿足成形初始階段成形力的需要，但隨著金屬溫度的下降該變形力就無法使金屬繼續(xù)變形。因此將頭部和桿部分開成形，為避免桿部成形時頭部金屬降溫過快將頭部壁厚加大(由22.5加大至30，如圖4之4、5所示)。該鍛件的成形工序為(1)下料、(2)鐓粗、(3)整形鐓粗、(4)正擠壓桿部、(5)擴(kuò)鐓頭部、(6)截頭。每一工步的形狀尺寸如圖4之1、2、3、4、5、6所示。
實施例二鍛件形狀尺寸如圖5之14所示，該鍛件形狀尺寸較復(fù)雜，頭部帶有外徑為Φ180的法蘭盤，桿部有6度的斜度。其形狀尺寸因素[A-(B+2C)]=180-62=118，擠壓變形面積為(1802-622)=22427.83mm2，在500t萬能油壓機(jī)上所能達(dá)到的最大變形力為500×1000/22427.83=22.92公斤力/mm2，這一變形力不能滿足金屬變形力的需要。因此將成形分2步進(jìn)行；第1步將桿部正擠壓成直段，頭部為具有一定壁厚的筒形，其形狀尺寸如圖5之11所示；第2步為復(fù)合成形，變形初始階段為桿部擴(kuò)孔擠壓，然后為頭部擴(kuò)鐓成形與桿部擴(kuò)孔擠壓同時進(jìn)行；最后為法蘭盤部分鐓粗成形與桿部擴(kuò)孔擠壓同時進(jìn)行。由于變形面積的逐漸增大與金屬溫度逐漸下降，變形最后階段的變形力較大，這時可啟動液壓模架上的助力機(jī)構(gòu)，以使設(shè)備有足夠的壓力使金屬最后充分成形。該鍛件的成形工序為(1)下料、(2)鐓粗、(3)整形鐓粗、(4)正擠壓桿部、(5)復(fù)合終成形、(6)截頭。各工步的形狀尺寸如圖5之8,9,10,11,12,13所示。
采用該技術(shù)可生產(chǎn)各種形狀尺寸及材料成份的載重卡車半軸套管，最小壁厚達(dá)4mm，大頭法蘭盤直徑可達(dá)190mm，該技術(shù)屬全纖維鍛造，鍛件材料纖維流線良好，內(nèi)部組織質(zhì)量好，鍛件尺寸精度高，管壁厚差小于1mm，與用無縫鋼管鍛造方法相比，鍛件重量可減小1.5-2公斤，生產(chǎn)成本可降低35-40％。該發(fā)明的產(chǎn)品經(jīng)試用質(zhì)量穩(wěn)定可靠，完全實現(xiàn)原設(shè)計目的。
附圖1為本發(fā)明之循環(huán)水冷卻系統(tǒng)示意圖。
附圖2為本發(fā)明之半軸套管形狀尺寸示意圖。
附圖3為本發(fā)明之半軸套管成形方式示意圖。
附圖4為本發(fā)明之不帶法蘭盤半軸套管工藝流程示意圖。
其中1-毛坯、2-鐓粗毛坯、3-整形鐓粗毛坯、4-正擠桿部、5-擴(kuò)鐓頭部(終成形)、6-截頭、7-半軸套管。
附圖5為本發(fā)明之帶法蘭盤半軸套管工藝流程示意圖。
其中8-毛坯、9-鐓粗毛坯、10-整形鐓粗件、11-桿部成形件、12-復(fù)合終成形、13-截頭、14-半軸套管。
權(quán)利要求
1．一種載重卡車后橋半軸套管熱擠壓成形技術(shù)，其特征在于該技術(shù)是采用熱扎圓鋼或方鋼為坯料，在萬能油壓機(jī)上熱擠壓成形半軸套管；其工藝步驟(程序)為下料-鐓粗-整形鐓粗-正擠壓桿部-復(fù)合終成形或擴(kuò)鐓頭部-截頭。
2．根據(jù)權(quán)利1所述之半軸套管熱擠壓成形技術(shù)，其特征在于該技術(shù)利用專用的液壓模架將半軸套管成形變形力最大的二個工步分別安排在模架的左右工位上，在推拉油缸作用下，左右工位的中心與設(shè)備中心重合，避免了設(shè)備在成形時承受過大偏心載荷。
3．根據(jù)權(quán)利1所述之半軸套管熱擠壓成形技術(shù)，其特征在于該技術(shù)模具潤滑冷卻是采用循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，控制凹模及沖頭的溫度(溫度控制在200-300℃)。
4．根據(jù)權(quán)利1所述之半軸套管熱擠壓成形技術(shù)，其特征在于該技術(shù)將工序中先成形套管頭部后成形套管桿部改為先成形套管桿部后成形頭部；對生產(chǎn)帶法蘭盤的半軸套管將先成形頭部后成形桿部二火成形改為先成形桿部后成形頭部，并借液壓模架的助力機(jī)構(gòu)作用一火成形。
全文摘要
半軸套管熱擠壓成形技術(shù)是利用熱扎圓鋼或方鋼為坯料,在萬能油壓機(jī)上生產(chǎn)載重卡車后橋半軸套管鍛件,創(chuàng)造了一套新的成形技術(shù)即設(shè)計了專用的液壓模具、模具潤滑冷卻(水冷)系統(tǒng)和不同產(chǎn)品以不同成形方式等。本發(fā)明克服了原用無縫鋼管作毛坯在平鍛機(jī)或胎模鍛方法之不足,保證了產(chǎn)品質(zhì)量的同時,大大降低了產(chǎn)品設(shè)備費用和原料成本,有利于推廣應(yīng)用。
文檔編號B21C23/00GK1213593SQ97106138
公開日1999年4月14日 申請日期1997年10月7日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月7日
發(fā)明者鄧曉光, 王立云 申請人:鄧曉光