汽车转向节挤压成形工艺优化及试验

• 作 者: 周杰 李路 胡振志 程卫锋 张平
• 机 构: 重庆大学机械工程学院重庆400044大江信达车辆股份有限公司重庆401321
• 出 处: 第十届全国塑性工程学术年会、第三届国际塑性加工先进技术研讨会
• 发表日期: 2007年10期
• 关键词: 汽车转向节 挤压成形工艺 FEM 生产试验 镦粗工序 圆角半径 相对挤压率

选取某典型汽车转向节零件，从现有制造工艺的生产实际出发，利用先进的有限元数值模拟软件DEFORM-3D对其挤压成形工艺进行了模拟。并对成形中常出现的折叠、充填不满等缺陷产生的原因分别进行了分析--枝芽结合部位易出现折叠的根本原因在于锻件的两个枝芽在竖直方向具有高度差，坯料在初始挤压阶段随上模凸起部位下行而向阶梯远端偏移，最终是坯料的侧部被挤入模具杆部，而与坯料中心部位挤入杆部的设计初衷相背离。坯料在型腔中最大偏移量约为25mm，正是由于这一偏移使枝芽顶端、杆部与平面结合处的金属出现较严重的穿流和紊流，最终导致折伤的出现。因此限制坯料在型腔中的偏移成为预防折叠的关键。枝芽顶端及杆部充填不足是因为在挤压工序之前没有制坯工步，坯料在型腔中的变形更多的依赖于挤压模具型腔的限制。并由前面的分析已经知道，坯料的侧部被挤入模具杆部。所以必然导致杆部及枝芽顶端两个坯料金属流动距离最大的部位出现充填不满的缺陷。另外，经分析发现杆部结合处圆角的大小也是控制杆部填充率的关键因素。因此增加镦粗工步并寻找合适的镦粗高度，以及杆部圆角的优化设计成为预防充填不足的关键。
依据上面的分析，在原工艺方案的基础上，提出了在挤压工序前增加带圆角的镦粗工序，有效的控制了坯料在型腔中的侧向偏移，避免了缺陷的产生。通过模拟，对成形过程中两个重要的工艺参数--坯料带圆角镦粗高度和挤压圆角半径进行了一系列的优化对比分析，得到了“坯料不同镦粗高度对应的挤压件质量表”以及“圆角半径与相对挤压率关系曲线”，最终得到了220mm这一合适的镦粗高度和R30这一最优的挤压圆角半径，确定了最终的挤压模具结构。最后通过生产试验很好的验证了模拟的正确性和可靠性，有效的解决了原有成形过程中的缺陷，减少了试模时间和生产成本，提高了生产效率。同时，该汽车转向节结构及生产工艺具有普遍性和一般性，所以本论文的研究成果可以作为类似汽车转向节成形工艺的重要参考。