鍛模工藝設計要點探究與實踐
——以汽車轉向節為例

黃群

（中航工業江西洪都航空工業股份有限公司工裝工具制造廠，江西南昌，330000）

鍛模工藝設計要點探究與實踐
——以汽車轉向節為例

黃群

（中航工業江西洪都航空工業股份有限公司工裝工具制造廠，江西南昌，330000）

以汽車轉向節為例，對鍛模工藝設計要點進行了探究。提出了鍛模工藝的注意事項，分析了鍛模工藝，最終開展了模具設計實踐。相關探究與實踐表明：鍛模過程中必須對成形溫度加以控制，并注重變形期間的潤滑處理；擠壓模具與終鍛模具的設計是鍛模工藝設計的兩大重要階段。鍛造部門要注重鍛造設計與制造工藝的規范化，以保證鍛造生產質量，提升生產效率。

轉向節；鍛模；變形；潤滑；規范化

引言

我國汽車普及率已經很高，成為人們出行的主要交通工具，同時汽車銷量還在快速增長中。轉向節作為汽車內的主要零件，主要承擔著汽車自身的重量，同時還需要承受汽車在行駛過程中的傳遞轉向力矩與前輪剎車制動力矩，所以轉向節制造質量對汽車機械性能及外觀都具有一定影響。

轉向節屬于鍛模元件，能夠充分反映鍛模設計及制造的全部流程，本文就此進行了分析研究。

1 鍛模工藝

1.1 兩個關鍵環節

轉向節熱鍛過程中，要關注鍛造溫度和胚料金屬溫度的控制。

轉向節的成形受到溫度的影響。為了保證轉向節在鍛造過程中能夠擁有良好的可鍛性能，就需要使其內部結構組織良好，從而需要對鍛造溫度進行精確控制。

轉向節胚料金屬在不同溫度狀態下所呈現出來的形狀及性能存在較大差異，所以需要對胚料金屬溫度進行一定控制。熱鍛成形工藝操作過程中需要注意兩大問題，現分別展開論述。

1.1.1 成形溫度控制

熱鍛成形與傳統冷鍛成形之間具有一定差異，這也是熱鍛成形在實際應用中具有一定優勢的主要原因。金屬胚料在熱鍛之前需要加熱到一定溫度之后才能夠進行成形。伴隨著溫度的不斷提升，金屬胚料所擁有的強度也在逐漸下降，與此同時，塑性逐漸上升，溫度上升越高，強度下降也就越快。為了能夠提高金屬胚料成形力，減低能源損耗，在實際加熱過程中就需要最大程度提高金屬胚料在鍛造過程中的初始溫度[1]。

1.1.2 變形期間潤滑

鍛造過程中，模具潤滑情況對于鍛件最后所產生的形狀及模具應用時間都具有一定影響。潤滑效果越小，金屬胚料流動性能也就越低，反之亦然。然而，潤滑系數對鍛件具有雙面性影響，適當降低潤滑系數能夠有效防止材料外流，同時增加潤滑系數又能夠提高材料流動性能，保證鍛件制造質量。在制造過程中，良好的潤滑條件能夠有效延長模具使用時間，降低鍛件生產成本。在模具形成過程中，應用潤滑劑能夠有效降低金屬與模具之間的摩擦力，降低模具出現損害的可能性。

1.2 工藝分析

對于轉向節鍛造工藝的分析研究，所鍛造的轉向節型號為JN162，具體形狀如圖1所示。可以發現，該轉向節在鍛造過程中必須應用立鍛工藝形狀，這種鍛造形式在實際應用中擁有良好成形性能，鍛造質量較高，但由于桿部較長，難以在鍛壓機上鍛造，并且頭部與尾部之間面積差異較大。為了保證鍛件質量，可以應用熱擠壓模鍛復合成形工藝。此外，該轉向節結構較為繁瑣，要求較為嚴苛。想要保證鍛造水平符合有關規定，首先就需保證材料合理分配，其次就是胚料制備的精心設計[2]。

圖1 轉向節鍛件

2 模具設計

轉向節模型主要由兩個成形模組成，分別是擠壓模與終鍛模，在后期制造過程中還需要一個切邊模。成形模具有的結構形式不同，鍛造所應用的材料為5CRNIMO，該材料在經過熱處理之后，硬度變為HRC42-46。

2.1 擠壓模具設計

轉向節擠壓模具在實際鍛造中應用開式鍛造形式，主要是對三個部分進行設計——型腔設計、飛邊槽設計及阻延槽設計。型腔設計能夠有效對鍛件形狀進行簡化設計，進而造成最后成品外形流暢。圖2所示為模具頭部截面示意圖，為了保證金屬最終鍛造結果，初期鍛件制造高度需要超過最終鍛件的4.5 mm。飛邊漕橋口設計的主要作用是對金屬流動性能進行限制，使得金屬填充模膛之內，能夠有效提高模具上下部分的摩擦性能。

然而，由于摩擦性能超過硚口壓應力，橋口越寬，鍛件制造高度越小，所受阻力也就越大。為了能夠保證金屬充滿模膛之內，橋口阻力就要適當增加，否則金屬還未充滿模膛之前，就會從模膛內流出。同時橋口所具阻力也不宜過大，否則金屬所需承受的變形抗力就會更高，模具穩定性難以得到保證。根據轉向節整體性能的研究，飛邊橋厚度應為6 mm，寬度應為14 mm[3]。

圖2 模具頭部截面示意圖

2.2 終鍛模具設計

終鍛模具是鍛模的最后一道工藝，主要通過飛邊鍛件所形成。在終鍛模具設計中，主要是對模具的兩個部分進行設計——熱鍛件圖與飛槽邊尺寸，具體結構如圖3所示。熱鍛件圖在實際設計過程中需要考慮到以下幾點問題：首先，熱鍛件在提高溫度過程中會熱脹冷縮，正常情況下鍛件收縮1%；其次，模膛容易磨損，在鍛件尺寸允許的情況下，應適當增加模膛磨損量，延長鍛模使用時間；最后，鍛件部分部位內部在切邊或沖孔過程中會產生變形，對加工余量造成一定影響，因此需要將彌補數量考慮在內，保證鍛件質量。

在上述情況下，熱鍛件圖尺寸需要適當增加，進而保證鍛件制造合格率。飛邊槽的主要作用是增加金屬與模膛間的阻力，保證金屬能夠充滿模膛。除此之外也起到緩沖作用，以降低上下模之間的沖擊力，延長磨具使用時間[4]。

圖3 終鍛模具設計三維示意圖

3 結論

將鍛造設計與制造工藝規范化后，特別適合在鍛造車間內應用，提高穩定性及有效性，并進而提高鍛模制造精細化水平，保證鍛造生產經濟性。本文可促進相關行業的技術發展，為有效提升我國工業生產質量、提高生產效率具有借鑒作用。

[1]田福祥, 王名涌. 臥式鐓鍛模設計制造[J]. 模具制造, 2002(11): 23-25.

[2]田福祥. 直傘齒輪精鍛模齒模的設計與制造[J]. 模具制造, 2002(12): 28-33.

[3]陳義紅, 楊凌平. 鍛模設計與制造過程中的成本意識[J]. 模具制造, 2016, 16(3): 63-67.

[4]李志廣, 李健健, 邊晉榮. 發動機應力螺栓電熱鐓模鍛研究[J].模具工業, 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

黃群(1971-)，男，江西南昌人，本科畢業于中央黨校江西分校，鉗工一級技師（高級技師）。研究方向：模具制造。