锻模工艺设计要点探究与实践——以汽车转向节为例

黄群

（中航工业江西洪都航空工业股份有限公司工装工具制造厂，江西南昌，330000）

锻模工艺设计要点探究与实践
——以汽车转向节为例

黄群

（中航工业江西洪都航空工业股份有限公司工装工具制造厂，江西南昌，330000）

以汽车转向节为例，对锻模工艺设计要点进行了探究。提出了锻模工艺的注意事项，分析了锻模工艺，最终开展了模具设计实践。相关探究与实践表明：锻模过程中必须对成形温度加以控制，并注重变形期间的润滑处理；挤压模具与终锻模具的设计是锻模工艺设计的两大重要阶段。锻造部门要注重锻造设计与制造工艺的规范化，以保证锻造生产质量，提升生产效率。

转向节；锻模；变形；润滑；规范化

引言

我国汽车普及率已经很高，成为人们出行的主要交通工具，同时汽车销量还在快速增长中。转向节作为汽车内的主要零件，主要承担着汽车自身的重量，同时还需要承受汽车在行驶过程中的传递转向力矩与前轮刹车制动力矩，所以转向节制造质量对汽车机械性能及外观都具有一定影响。

转向节属于锻模元件，能够充分反映锻模设计及制造的全部流程，本文就此进行了分析研究。

1 锻模工艺

1.1 两个关键环节

转向节热锻过程中，要关注锻造温度和胚料金属温度的控制。

转向节的成形受到温度的影响。为了保证转向节在锻造过程中能够拥有良好的可锻性能，就需要使其内部结构组织良好，从而需要对锻造温度进行精确控制。

转向节胚料金属在不同温度状态下所呈现出来的形状及性能存在较大差异，所以需要对胚料金属温度进行一定控制。热锻成形工艺操作过程中需要注意两大问题，现分别展开论述。

1.1.1 成形温度控制

热锻成形与传统冷锻成形之间具有一定差异，这也是热锻成形在实际应用中具有一定优势的主要原因。金属胚料在热锻之前需要加热到一定温度之后才能够进行成形。伴随着温度的不断提升，金属胚料所拥有的强度也在逐渐下降，与此同时，塑性逐渐上升，温度上升越高，强度下降也就越快。为了能够提高金属胚料成形力，减低能源损耗，在实际加热过程中就需要最大程度提高金属胚料在锻造过程中的初始温度[1]。

1.1.2 变形期间润滑

锻造过程中，模具润滑情况对于锻件最后所产生的形状及模具应用时间都具有一定影响。润滑效果越小，金属胚料流动性能也就越低，反之亦然。然而，润滑系数对锻件具有双面性影响，适当降低润滑系数能够有效防止材料外流，同时增加润滑系数又能够提高材料流动性能，保证锻件制造质量。在制造过程中，良好的润滑条件能够有效延长模具使用时间，降低锻件生产成本。在模具形成过程中，应用润滑剂能够有效降低金属与模具之间的摩擦力，降低模具出现损害的可能性。

1.2 工艺分析

对于转向节锻造工艺的分析研究，所锻造的转向节型号为JN162，具体形状如图1所示。可以发现，该转向节在锻造过程中必须应用立锻工艺形状，这种锻造形式在实际应用中拥有良好成形性能，锻造质量较高，但由于杆部较长，难以在锻压机上锻造，并且头部与尾部之间面积差异较大。为了保证锻件质量，可以应用热挤压模锻复合成形工艺。此外，该转向节结构较为繁琐，要求较为严苛。想要保证锻造水平符合有关规定，首先就需保证材料合理分配，其次就是胚料制备的精心设计[2]。

图1 转向节锻件

2 模具设计

转向节模型主要由两个成形模组成，分别是挤压模与终锻模，在后期制造过程中还需要一个切边模。成形模具有的结构形式不同，锻造所应用的材料为5CRNIMO，该材料在经过热处理之后，硬度变为HRC42-46。

2.1 挤压模具设计

转向节挤压模具在实际锻造中应用开式锻造形式，主要是对三个部分进行设计——型腔设计、飞边槽设计及阻延槽设计。型腔设计能够有效对锻件形状进行简化设计，进而造成最后成品外形流畅。图2所示为模具头部截面示意图，为了保证金属最终锻造结果，初期锻件制造高度需要超过最终锻件的4.5 mm。飞边漕桥口设计的主要作用是对金属流动性能进行限制，使得金属填充模膛之内，能够有效提高模具上下部分的摩擦性能。

然而，由于摩擦性能超过硚口压应力，桥口越宽，锻件制造高度越小，所受阻力也就越大。为了能够保证金属充满模膛之内，桥口阻力就要适当增加，否则金属还未充满模膛之前，就会从模膛内流出。同时桥口所具阻力也不宜过大，否则金属所需承受的变形抗力就会更高，模具稳定性难以得到保证。根据转向节整体性能的研究，飞边桥厚度应为6 mm，宽度应为14 mm[3]。

图2 模具头部截面示意图

2.2 终锻模具设计

终锻模具是锻模的最后一道工艺，主要通过飞边锻件所形成。在终锻模具设计中，主要是对模具的两个部分进行设计——热锻件图与飞槽边尺寸，具体结构如图3所示。热锻件图在实际设计过程中需要考虑到以下几点问题：首先，热锻件在提高温度过程中会热胀冷缩，正常情况下锻件收缩1%；其次，模膛容易磨损，在锻件尺寸允许的情况下，应适当增加模膛磨损量，延长锻模使用时间；最后，锻件部分部位内部在切边或冲孔过程中会产生变形，对加工余量造成一定影响，因此需要将弥补数量考虑在内，保证锻件质量。

在上述情况下，热锻件图尺寸需要适当增加，进而保证锻件制造合格率。飞边槽的主要作用是增加金属与模膛间的阻力，保证金属能够充满模膛。除此之外也起到缓冲作用，以降低上下模之间的冲击力，延长磨具使用时间[4]。

图3 终锻模具设计三维示意图

3 结论

将锻造设计与制造工艺规范化后，特别适合在锻造车间内应用，提高稳定性及有效性，并进而提高锻模制造精细化水平，保证锻造生产经济性。本文可促进相关行业的技术发展，为有效提升我国工业生产质量、提高生产效率具有借鉴作用。

[1]田福祥, 王名涌. 卧式镦锻模设计制造[J]. 模具制造, 2002(11): 23-25.

[2]田福祥. 直伞齿轮精锻模齿模的设计与制造[J]. 模具制造, 2002(12): 28-33.

[3]陈义红, 杨凌平. 锻模设计与制造过程中的成本意识[J]. 模具制造, 2016, 16(3): 63-67.

[4]李志广, 李健健, 边晋荣. 发动机应力螺栓电热镦模锻研究[J].模具工业, 2012, 38(7): 66-69.

Investigation and Practice on Essential Points of Forging Process Design——A Case Study on Automobile Steering Knuckle

HUANG Qun
(Tool Manufacturing Factory, AVIC Jiangxi Hongdu Aviation Industry Group Co., Ltd., Nanchang, Jiangxi,330000, China)

The automobile steering knuckle is taken as an example for investigation on forging process design. Issues needing attentions in forging process are pointed out, and such a forging process is analyzed for ultimate molding practice. The related investigations and practices show that, control on forming temperature and lubrication process during deformation must be paid attention to in the forging process. Designs on extrusion mold and ultimate forging mold are two important stages of forging process. The forging departments should devote to the standardization of design and manufacture technologies to ensure the quality and efficiency of forging production process.

Steering Knuckle; Forging; Deformation; Lubrication; Standardization

TG312

A

2095-8412 (2016) 06-1113-03

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.06.015

黄群(1971-)，男，江西南昌人，本科毕业于中央党校江西分校，钳工一级技师（高级技师）。研究方向：模具制造。