汽车控制臂辊锻制坯开式模锻成形工艺研究
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Ｆ 一３ ３ ｏ １ｍｍ，取 Ｌ＝３５ １ｍｍ。
．Ｊ Ｉ 一 Ｂ — Ｃ — Ｄ
根据本 例所 设 计 汽 车 摆 臂辊 锻 件 制 坯 图样 的特
点 ，取 原 始 坯 料 形 状 为矩 形 坯 料 ，尺 寸 为 ４ ｍｍ Ｘ ５
１５ ２ ｍｍ １ ｍｍ 。 Ｘ３ ５
Ａ Ａ
６ ３； ．
Ｂ —平 均伸 长系数 ，取 １５—２ ５ — ． ．。 本 例选 用 闭式 辊 锻 ，原始 坯 料 在 轴 向有 较 大 的 伸长率 ，故 曰取较 大 值 ２ ５，代 人 上式 计 算 得 ：Ｚ＝ ． ２ ０ 。考 虑到 辊 锻 过 程 中 ，坯 料 的变 形 较 为 简 单 及 ．１ 简化工 艺过程 等 因素 ，ｚ圆整 取 为 ２ 。将 辊 锻 制坯 分 为两道 次 ，根 据辊 锻 压 下 量 和 伸 长 量 合 理 分 配 ，第
Ｆｏ＝１ １ Ｘ５１ ５ ． ２ ｍｍ ＝５ ３ ． ｍｍ ６７５
Ｂ— Ｂ Ｃ — Ｃ Ｄ — Ｄ
（） 道 次坯 毛尺 寸 ａ一
通过 三维 造 型 软件 对 汽 车摆 臂 实体 建 模 ，可 得 其体 积 ＝１７ ５０ １ １８ ｍ ，故坯 料 的长度 Ｌ＝ ６ ０ ． ０ ２ ｍ
吼 蛆
Ｂ Ｂ Ｃ— Ｃ Ｄ— Ｄ
（） 道 次 坯毛尺 寸 ｂ二
（ ） 确定辊 锻 道 次 多 道 次 辊 锻制 坯 可 有 效 地 ３ 解决锻 件截 面 差 大 的 问 题 ，使制 坯 形 状 更 接 近 于 锻
件展 开后 的直 线形 状 ，减 少锻 件 飞边 ，节 省 原 材料 。
（ ）一 道次 辊锻 ａ
轴 向伸长 ，充填 辊锻模 型腔 。
３ ．汽车摆臂件辊锻计算机仿真
运用 Ｄ ｆ ｍ一Ｄ有限元 软件 ，采用 刚塑性 有 限元 ｅｒ ３ ｏ 法 ，对辊锻 一 道 次 制坯 、二道 次 制坯 及 开式 模 锻 过
一． ． 源自文库
程进 行计算 机仿 真 模 拟 。坯料 选 用 Ａ ｕ Ｉｕ ２ １ Ｌ Ｍ Ｎ ＭＩ ４ ０
直保 持在 ３ ０Ｃ左右 的合理 范 围 内，因而 毛坯 金 属 ３￣
保 持着 较高 的塑性 。
图 ５为辊 锻 一 道 次 时 金 属 流 动 速度 云 图 。从 图 中可看 出 ，辊 锻 时 金 属 的 流 动方 向均 沿 着 锻辊 咬人
辊咬人方 向流动外 ，还 发生 了逆着 锻辊 咬 入方 向的轴 向伸长变形 ，从 而导致 未变形 区速 度有所 降低 。 当坯料 变形量 最小 时 （ 图 ５ ） 见 ｃ ，整个 辊锻件 金
（５ ２ ０～４ ０Ｃ） ８ ￣ ，初 始 温 度 为 ４ ０Ｃ。模 具 材 料 选 为 ０￣ Ａ Ｓ— １ ，将模 具 视 为 刚体 ，不 发 生 弹 塑 性 变 形 。 ＩＩ ３ Ｈ一
（ ）二 道次 辊锻 ｂ
图４ 辊锻件温度场分 布
参 。 婺翌 磊 工 …
翥 ４ 荔 ５
锻 压
锻 压
ｔ ｌＦｏ ｍ ｉ ｇ ａ ｒ ｎ
Ｆｏ＝ｋ Ｆ…
１
１ Ｂ
１ Ｃ
１ Ｄ
式 中
—
—— 原始 毛坯截 面积 ；
—
截 面增大 系数 ，介 于 １ ０～２ ０之 间 。 ． ．
— Ｂ
— Ｃ
— Ｄ
Ｆ …—— 锻件 最大 截面 积 。
因采 用 闭 式 辊 锻 ，截 面 积 变 化 率 较 小 ，故 ｋ取 １１ ． ，按 汽车摆 臂 的相关数 据代 人得 ：
图３ 所示 ） 。辊锻件 端部 为矩 形 凸 台 ，其 余 部分 为 厚
度 均等 的变 截 面 楔形 。一 道次 辊 锻 后 ，无需 将 锻 件
翻转 ９ 。 ０ 直接进 行 第 二 道 次 辊锻 。 整个 辊 锻 过 程 中 ， 锻 件楔形 部分厚 度始 终 为 ４ ｍｍ，没 有 宽展 ，金 属 沿 ４
ｔｌＦｏ ｍ ｉｇ ａ ｒ ｎ
由模 拟结 果 可 知 ，一 道 次 辊 锻 后 ，该 部 位 金 属 温 度
一
当坯料辊锻 至第 ４ 和第 ９ ４步 ６步时 （ 图 ５ 见 ｂ、图
５） ｄ ，已变形 区金属流 动速度 明显大 于 未变形 区速 度。 这是因为 当金属 因辊 锻而发 生塑 性变 形 时 ，除 了沿锻
会使 金属难 于 流动 ，进 而对 该部 位 的成 形 造成 困难 。
温度／ ＇ Ｃ
４２ ０ ０ ０
道次 初步成 形 ，第 二道 次获得 所需 尺寸 的辊锻 件 。
Ｍ ３ ３３
（ ）确 定 各 道 次 辊 锻 的 毛 坯 尺 寸 在 工 艺 中 ， ４ 两道次 辊锻所 得 坯 料 形 状 相 似 ，尺 寸 有 所 不 同 （ 如
确定辊锻 道次 主要 依 据 金 属 伸 长率 的大 小 及 锻 件 成
形 的难易 程度 。辊锻 道次 可按下 式确定 ：
Ｚ ＝ｌ Ａ ｌ Ｂ ｇ ／ｇ
式中
４ —总 伸 长 系 数 ，Ａ ＝ ／ ＝５ ３ ．／ ０ — Ｆ ６ ７５９０
＝
得 的锻 件 温度 分 布 ，经 一 道 次 辊 锻 变 形 后 ，温 度 变 为 ２ ９～３ ２Ｃ。其 中最 高温 度 出现 在锻 件 中部 ，这 ５ ４￣
４ — 图 ０ ＿ ｝ 一
３
辊锻 前 ，将 辊锻模 预 热到 ２ ０Ｃ。摩 擦模 型 为切 应力 ０￣
摩擦 ，摩擦 因子设 为 ０４ ． 。坯料 与模 具接 触 面 的传热
系数 为 １ Ｗ／ （ Ｉ ｋ ，咬 入 方 式 采 用 端 部 自然 咬 １ Ｉ。・ ） Ｔ
入 ，咬人角 定为 １ 。 ８。 图 ４ 、图 ４ ａ ｂ分 别为 辊锻 一道 次和 二道 次后 所获
一
是 由于 该 区域 变 形 量 最 小 ，故锻 件 与 模 具 的 接 触 面
积 减少 ，导 致 两者 热 量 交 换 受 阻 ，锻 件 温 度 在 一 定 程 度上保 持 较 高 值 。经 第 二 道 次 辊 锻 时 ，若 用 来 成
—＿ 瓣 Ｉ
形第 二道 次端 部矩形 凸 台部 分 的坯 料 温度 降低 过 大 ，
．Ｊ Ｉ 一 Ｂ — Ｃ — Ｄ
根据本 例所 设 计 汽 车 摆 臂辊 锻 件 制 坯 图样 的特
点 ，取 原 始 坯 料 形 状 为矩 形 坯 料 ，尺 寸 为 ４ ｍｍ Ｘ ５
１５ ２ ｍｍ １ ｍｍ 。 Ｘ３ ５
Ａ Ａ
６ ３； ．
Ｂ —平 均伸 长系数 ，取 １５—２ ５ — ． ．。 本 例选 用 闭式 辊 锻 ，原始 坯 料 在 轴 向有 较 大 的 伸长率 ，故 曰取较 大 值 ２ ５，代 人 上式 计 算 得 ：Ｚ＝ ． ２ ０ 。考 虑到 辊 锻 过 程 中 ，坯 料 的变 形 较 为 简 单 及 ．１ 简化工 艺过程 等 因素 ，ｚ圆整 取 为 ２ 。将 辊 锻 制坯 分 为两道 次 ，根 据辊 锻 压 下 量 和 伸 长 量 合 理 分 配 ，第
Ｆｏ＝１ １ Ｘ５１ ５ ． ２ ｍｍ ＝５ ３ ． ｍｍ ６７５
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（） 道 次坯 毛尺 寸 ａ一
通过 三维 造 型 软件 对 汽 车摆 臂 实体 建 模 ，可 得 其体 积 ＝１７ ５０ １ １８ ｍ ，故坯 料 的长度 Ｌ＝ ６ ０ ． ０ ２ ｍ
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（） 道 次 坯毛尺 寸 ｂ二
（ ） 确定辊 锻 道 次 多 道 次 辊 锻制 坯 可 有 效 地 ３ 解决锻 件截 面 差 大 的 问 题 ，使制 坯 形 状 更 接 近 于 锻
件展 开后 的直 线形 状 ，减 少锻 件 飞边 ，节 省 原 材料 。
（ ）一 道次 辊锻 ａ
轴 向伸长 ，充填 辊锻模 型腔 。
３ ．汽车摆臂件辊锻计算机仿真
运用 Ｄ ｆ ｍ一Ｄ有限元 软件 ，采用 刚塑性 有 限元 ｅｒ ３ ｏ 法 ，对辊锻 一 道 次 制坯 、二道 次 制坯 及 开式 模 锻 过
一． ． 源自文库
程进 行计算 机仿 真 模 拟 。坯料 选 用 Ａ ｕ Ｉｕ ２ １ Ｌ Ｍ Ｎ ＭＩ ４ ０
直保 持在 ３ ０Ｃ左右 的合理 范 围 内，因而 毛坯 金 属 ３￣
保 持着 较高 的塑性 。
图 ５为辊 锻 一 道 次 时 金 属 流 动 速度 云 图 。从 图 中可看 出 ，辊 锻 时 金 属 的 流 动方 向均 沿 着 锻辊 咬人
辊咬人方 向流动外 ，还 发生 了逆着 锻辊 咬 入方 向的轴 向伸长变形 ，从 而导致 未变形 区速 度有所 降低 。 当坯料 变形量 最小 时 （ 图 ５ ） 见 ｃ ，整个 辊锻件 金
（５ ２ ０～４ ０Ｃ） ８ ￣ ，初 始 温 度 为 ４ ０Ｃ。模 具 材 料 选 为 ０￣ Ａ Ｓ— １ ，将模 具 视 为 刚体 ，不 发 生 弹 塑 性 变 形 。 ＩＩ ３ Ｈ一
（ ）二 道次 辊锻 ｂ
图４ 辊锻件温度场分 布
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锻 压
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—
—— 原始 毛坯截 面积 ；
—
截 面增大 系数 ，介 于 １ ０～２ ０之 间 。 ． ．
— Ｂ
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Ｆ …—— 锻件 最大 截面 积 。
因采 用 闭 式 辊 锻 ，截 面 积 变 化 率 较 小 ，故 ｋ取 １１ ． ，按 汽车摆 臂 的相关数 据代 人得 ：
图３ 所示 ） 。辊锻件 端部 为矩 形 凸 台 ，其 余 部分 为 厚
度 均等 的变 截 面 楔形 。一 道次 辊 锻 后 ，无需 将 锻 件
翻转 ９ 。 ０ 直接进 行 第 二 道 次 辊锻 。 整个 辊 锻 过 程 中 ， 锻 件楔形 部分厚 度始 终 为 ４ ｍｍ，没 有 宽展 ，金 属 沿 ４
ｔｌＦｏ ｍ ｉｇ ａ ｒ ｎ
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当坯料辊锻 至第 ４ 和第 ９ ４步 ６步时 （ 图 ５ 见 ｂ、图
５） ｄ ，已变形 区金属流 动速度 明显大 于 未变形 区速 度。 这是因为 当金属 因辊 锻而发 生塑 性变 形 时 ，除 了沿锻
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道次 初步成 形 ，第 二道 次获得 所需 尺寸 的辊锻 件 。
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（ ）确 定 各 道 次 辊 锻 的 毛 坯 尺 寸 在 工 艺 中 ， ４ 两道次 辊锻所 得 坯 料 形 状 相 似 ，尺 寸 有 所 不 同 （ 如
确定辊锻 道次 主要 依 据 金 属 伸 长率 的大 小 及 锻 件 成
形 的难易 程度 。辊锻 道次 可按下 式确定 ：
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式中
４ —总 伸 长 系 数 ，Ａ ＝ ／ ＝５ ３ ．／ ０ — Ｆ ６ ７５９０
＝
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４ — 图 ０ ＿ ｝ 一
３
辊锻 前 ，将 辊锻模 预 热到 ２ ０Ｃ。摩 擦模 型 为切 应力 ０￣
摩擦 ，摩擦 因子设 为 ０４ ． 。坯料 与模 具接 触 面 的传热
系数 为 １ Ｗ／ （ Ｉ ｋ ，咬 入 方 式 采 用 端 部 自然 咬 １ Ｉ。・ ） Ｔ
入 ，咬人角 定为 １ 。 ８。 图 ４ 、图 ４ ａ ｂ分 别为 辊锻 一道 次和 二道 次后 所获
一
是 由于 该 区域 变 形 量 最 小 ，故锻 件 与 模 具 的 接 触 面
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形第 二道 次端 部矩形 凸 台部 分 的坯 料 温度 降低 过 大 ，