李欣，譚宏博（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710201）

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轉(zhuǎn)向橫拉桿臂加工工藝過程的優(yōu)化

李欣，譚宏博
（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710201）

主要介紹用于轉(zhuǎn)向橫拉桿臂的工藝過程優(yōu)化。通過將原來用體積大的六面體自由鍛銑外形到用較薄厚度自由鍛熱彎保證轉(zhuǎn)向橫拉桿臂落差，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的提高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度的減輕和生產(chǎn)效率的提高。

轉(zhuǎn)向橫拉桿臂；自由鍛；火焰切割；模具；優(yōu)化加工方案；熱彎

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.073

CLC NO.: U463Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-220-03

引言

轉(zhuǎn)向橫拉桿臂是汽車前橋上轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)一個(gè)極其重要的零件，而該轉(zhuǎn)向橫拉桿臂在礦用轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋上的應(yīng)用非常普遍。以前此類轉(zhuǎn)向橫拉桿臂小批量加工時(shí)，由于投入鍛壓模具成本較高，都采用六面體自由鍛銑削加工，保證外形尺寸，不僅工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，并且生產(chǎn)效率低，制造成本高。為了提高生產(chǎn)率，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和制造成本，工藝方案將原來由六面體自由鍛銑削加工外形更改為由簡(jiǎn)易模具熱彎保證產(chǎn)品外形。為此我們專門制定一套較大落差轉(zhuǎn)向橫拉桿臂的加工工藝方法，保證加工質(zhì)量和提高加工效率。

1、零件成品圖

零件成品圖見圖1（零件成品平面圖）：

2、原加工流程圖

3、工藝缺陷

1）自由鍛六面體，單件重量約為298.9kg，且成本高達(dá)2461元；

2）六面體積大，銑削轉(zhuǎn)向橫拉桿臂外形工序時(shí)，加工難度大，銑削量大，生產(chǎn)效率低；

3）六面體積大，鍛造過程容易出現(xiàn)鍛造缺陷，需要機(jī)加前破壞性檢驗(yàn)，無法做到100%檢驗(yàn)，待機(jī)加過程加工驗(yàn)證，廢品率高。

4、優(yōu)化后加工流程圖

優(yōu)化后加工流程中重點(diǎn)工序如下：

4.110工序火焰切割外形

1）選擇原材料。此類較大落差的轉(zhuǎn)向橫拉桿臂，選擇應(yīng)用廣泛的材料牌號(hào)為40Cr-GB/T3077-1999[1-2]的的調(diào)質(zhì)鋼[3]，此材料在調(diào)質(zhì)后有良好的綜合力學(xué)性能，故將其用于此類受力較大的工程零部件中。

2）火焰切割毛坯外形尺寸確認(rèn)。根據(jù)UG三維軟件[6]，通過UG建模將此零件先繪制出折彎后的三維模型（圖2）（為了滿足展料的需要，構(gòu)建三維模型時(shí)應(yīng)該去除凸臺(tái)和凹坑）。借助UG“分析”菜單下的“分析可成形性-一步式”命令[6]，在輸入材料和展料方向后，依照中性層展料原理，展開產(chǎn)品中性面，得到展開后的毛坯輪廓，即高亮顯示的曲線（圖3）。再通過UG的導(dǎo)出接口，將得到的曲線轉(zhuǎn)化為CAXA等二維軟件可識(shí)別的二維圖紙，再通過測(cè)量和標(biāo)注得到折彎前所需圖形尺寸（圖4）。

4.220工序折彎前銑臺(tái)階面

銑臺(tái)階面工序是折彎工序的前提保證，根據(jù)火焰切割圖紙的外形尺寸和零件銑削面需預(yù)留的加工余量（待加工面留加工余量3mm）進(jìn)行計(jì)算，按計(jì)算后尺寸在平臺(tái)上劃出加工輪廓線，然后按輪廓線在銑床上對(duì)工件的非加工面進(jìn)行銑削加工，保證工藝尺寸要求。

4.330工序熱彎成型

4.3.1溫度的確定

熱彎前零件需要在箱式電阻爐加熱，熱彎部分橫截面的厚度為38mm，材料的抗拉強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度隨著加熱溫度增加而降低，伸長(zhǎng)率隨著加熱溫度增加而提高，常溫下的抗拉強(qiáng)度σb≥980MPa[1]，屈服強(qiáng)度σb≥785MPa[1]，伸長(zhǎng)率δ≥9%[1]。一般鋼材在加熱溫度800-850℃力學(xué)性能達(dá)到熱彎最佳狀態(tài)，此時(shí)零件的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度降低至常溫下強(qiáng)度值的12%-16%[8]，伸長(zhǎng)率δ提高2-2.5倍[8]?？紤]到零件轉(zhuǎn)運(yùn)過程中的溫度降低，最終將零件加熱至850-900℃。

4.3.2沖壓設(shè)備的選擇

熱彎成形需要在大型壓力機(jī)進(jìn)行沖壓，由于沖壓過程工藝力的計(jì)算不可能十分精準(zhǔn)，設(shè)備機(jī)械性能的損耗、工件與模具間的摩擦能量損耗等，都可以引起設(shè)備的壓力不足，所以壓力的額定壓力為使用的1.2～1.5倍，經(jīng)過UG軟件數(shù)據(jù)模擬仿真得出工作壓力為450KN。壓力機(jī)的額定壓力計(jì)算公式為：

式中：Pn─壓力機(jī)額定壓力

k─安全系數(shù)，k=1.5,

p─工作壓力，則Pn=6750KN,

所以選用10000KN的壓力機(jī)。

4.3.3模具設(shè)計(jì)

熱彎此類零件的模具結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，分為凸模[4-5]和凹模[4-5]兩部分，為整體式模具[4-5]，模具型腔形狀與工件的外形一致，考慮到熱彎后冷卻收縮，一般在凸模[4-5]、凹模[4-5]工作部分要相應(yīng)放大補(bǔ)償冷縮量為0.6%-0.8%，所以模具設(shè)計(jì)時(shí)模具型腔尺寸有工件外形尺寸乘以1.006-1.008得出。此工件在熱彎時(shí)會(huì)將需要折彎的部分全部包容在模具內(nèi)部，通過工藝孔[7]和下邊作為粗定位[4-5]，然后經(jīng)過凸模和凹模在壓力機(jī)下沖壓合體后壓制成型。模具設(shè)計(jì)有頂桿結(jié)構(gòu)，零件在頂桿的推動(dòng)下將零件頂出凹模，由人工夾鉗取出。

其余工序與原工藝過程方案相同。

5、優(yōu)化工藝優(yōu)點(diǎn)

1）自由鍛六面體，單件重量約為89.9kg，成本為722元，成本低；

2）由于六面體厚度薄，可以直接火焰切割外形，減少銑削工序，節(jié)省加工時(shí)間，提高生產(chǎn)效率；

3）由于六面體積小，鍛造過程缺陷少，廢品率低；

4）零件落差方向可用模具一次性壓制成型，減少銑削工序加工時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

6、結(jié)束語(yǔ)

在具備優(yōu)化工藝方案使用設(shè)備的條件下，此工藝過程方法確定使用后，在小批量生產(chǎn)階段，不用投入高昂的鍛壓模具費(fèi)用，并且通過火焰切割外形和模具熱彎成形提高生產(chǎn)效率，極大的減輕了加工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。通過實(shí)際操作驗(yàn)證，它不僅能夠穩(wěn)定的保證了產(chǎn)品的尺寸精度要求，而且還大幅度降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，生產(chǎn)效率提升了30%以上，成本降低2100元/件。

[1]方昆凡.工程材料手冊(cè)（黑色金屬材料卷）主編.北京：北京出版社,2002.

[2]王紀(jì)安.工藝材料與成形工藝基礎(chǔ),主編,北京:高等教育出版社,2008.

[3]樊東黎,徐躍明,佟曉輝.熱處理工程師手冊(cè).主編.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[4]牟林,胡建華.沖壓工藝與模具設(shè)計(jì).主編.北京：北京大學(xué)出版社,2010.

[5]何小柏.機(jī)械設(shè)計(jì).主編.重慶:重慶大學(xué)出版社,1995.

[6]張興華.UG數(shù)控加工范例教程.主編,北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[7]李益民.機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè).主編.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994.

[8]畢文權(quán).汽車橋殼熱沖壓成形工藝數(shù)值模擬及工程應(yīng)用研究.主編.吉林:中國(guó)學(xué)術(shù)期刊電子雜志社,2003.

Optimization of machining process for steering tie rod arm

Li Xin,Tan Hongbo
(Shannxi Hande axle Co.Ltd.,Shannxi Automobile Group,Shaanxi Xi'an 710201)

This article was mainly aimed at optimization of machining process for steering tie rod arm.Through changing the bulky hexahedron free forging milling shape to thinner free forging hot bending,ensure to improve the products' quality,to reduce the labor intensity and to enhance productivity.

steering tie rod arm; free forging; flame cutting; jig; optimization processing scheme; hot bending

U463

A

1671-7988（2016）08-220-03

李欣（1983.6-），男， 助理工程師。就職于陜西漢德車橋有限公司，從事模具，工藝裝備工作。