汽车半轴锻造工艺——摆辗成形设计

汽车半轴锻造工艺摆辗成形设计说明书系别机电工程系专业材料成型及控制专业班级材料B091班前言汽车半轴是车轮转动的直接驱动件，是传递扭矩的一个重要零件。

汽车运行时，发动机输出的扭矩，经过多级变速和传动器传递给半轴，再由半轴传到车轮上，推动汽车前进或倒退。

在启动或上坡时，扭矩很大，特别在紧急制动或行驶在不平坦的道路上时工作条件更为恶劣。

因为半轴在工作时要承受冲击、交变弯曲疲劳荷载和扭力的作用，所以要求材料有足够的抗弯强度、抗剪强度和较好的韧性。

过去，半轴锻件均是在空气锤上采用胎模锻造，其工艺落后，锻件精度低，工件表面质量差，废品率高，工人劳动强度大，胎模易坏，易磨损，成本高，生产率低，只能中、小批量生产。

显然，这种工艺已不适应用目前市场的需要。

而半轴的摆辗新工艺，因采用了由摆辗机和液压机组成的摆辗机组后效益明显。

摆辗原理和工艺特点摆辗机的摆辗原埋是利用一个绕中心迅速纯辗动的圆锥形上模对毛坯端面局部加压，使毛坯逐步成形的一种加工方法。

由于摆动辗压变形是局部接触顺序加压，所以其接触面积和单位压力都比较小。

本次设计，旨在引导学生接触新技术，通过汽车半轴的工艺分析、工艺方案的确定、模具总体结构的选择、摆辗成形工艺与设计计算、模具主要零件尺寸计算及绘制。

通过以上这几个项目的学习，掌握锻造成形工艺与模具设计方面的基本知识和基本技能，强化学生的工程意识。

由于水平有限，以及设计时间仓促，书中难免会有不妥甚至出现错误，恳请老师及时批评指正以便调整和改正。

目录一课程设计任务书 (1)二汽车半轴锻造工艺方案分析 (2)三摆辗工艺总体设计 (3)3.1半轴材料选择 (3)3.2 半轴主要工序具体尺寸 (3)3.3 半轴主要参数 (3)3.4 总体流程 (4)四半轴制坯——挤压工艺 (5)4.1 工艺分析 (5)4.2 挤压变形过程 (5)4.3 挤压模具简图 (7)五法兰成形——摆辗工艺 (8)5.1 摆辗工艺参数 (8)5.1.1 回转中心与压力中心 (8)5.1.2 摆角的选择 (8)5.1.3 每转进给量 (9)5.1.4 面积接触率的计算 (9)5.1.5 摆辗力的计算 (10)5.1.6 分模面的选择 (10)5.2 摆辗凸模设计 (11)5.3 摆辗凹模设计 (12)第六章摆辗模具装配图 (14)锻造设计个人总结 (15)致谢 (16)参考文献 (16)一课程设计任务书（1）设计题目汽车半轴锻造工艺设计图1-1（2）设计要求1、尺寸不全，需要自己补充尺寸。

该图为锻件图，要求设计者自己重新确定零件尺寸，绘制零件图。

2、了解与零件相关，设计符合使用需求的零件3、画出除标准件外的全部零件图要求画法符合制图标准，标注完全、正确，工艺性合理，零件尺寸协调。

4、课程设计说明书一份二汽车半轴锻造工艺方案分析汽车半轴属于两端局部镦粗的长轴类锻件，是汽车的轴类中承受扭矩最大的零件，半轴是差速器和驱动轮之间传递扭矩的实心轴，其内端一般通过花键与半轴齿轮连接，外端与轮毂连接，该零件在机械设备中具有传动性，故应具有足够的强度和刚度。

方案一：自由锻镦粗、拔长成型方案二：胎膜锻造成形方案三：摆辗成形讨论：1、方案一中，自由锻虽然工具简单通用性强，灵活性大，但是只适用单件和小批量锻件，同时其锻件精度低，在拔长和镦粗过程中容易产生横向或者纵向裂纹、折叠、过烧等现象，并且加工余量大，生产效率低，劳动强度大。

2、方案二中，与自由锻相比，其生产效率与材料利用率均有所提高，但是锻件精度低，工件表面质量差，废品率高，工人劳动强度大，胎模易坏，易磨损，成本高，生产率低，只能中、小批量生产。

3、方案三中，摆辗成形材料利用率高、生产效率高、锻件尺寸一致性好、变形力小、振动噪声小摆辗机设有1 0 0 吨垂直压紧、松开液压缸机构,把半轴杆部压紧在压紧模槽和法兰成形模杆部圆槽内, 极少有金属流人杆部,杆部没有轴向滑动, 从而保证和控制了法兰的厚度和杆部的长度。

又因摆辗新工艺生产半轴杆部没有经过自由锻打拔长工序采用圆棒料局部粗、摆辗终锻成形, 可以消除旧工艺杆部在自由锻打拔长过程中产生的折叠、压痕、过烧等缺陷从而保证了半轴的质量。

综上所述，本设计采用摆辗成形方法制作汽车半轴最复杂的法兰盘部分。

三摆辗工艺总体设计3.1半轴材料选择经过查阅相关资料，汽车半轴采用通常采用45Cr GB/T 700，这种材料主要用于汽车半轴锻造件的加工与制造，汽车半轴载荷较大,有时会受到较大的冲击,这种材料比较适合作为半轴的材料。

3.2 半轴主要工序具体尺寸经过查阅相关资料，得出汽车半轴法兰盘尺寸如下图3-2-13.3 半轴主要参数总体积=1410542mm3总质量=11002.2276g其材料抗拉强度 600MPa屈服强度 355MPa伸长率 16%断面收缩率 40%3.4总体流程表3-4-1总体工序一栏表四半轴制坯——挤压工艺4.1 工艺分析汽车半轴是典型的法兰盘件, 锻件头部(法兰盘)尺寸和杆部直径相差悬殊, 分别为Φ141mm 和Φ40mm, 所以温摆辗前如何获得合理的毛坯形状、尺寸成为工艺设计的关键问题。

采用Φ40棒料, 对法兰盘部分聚料( 制坯), 再温摆辗法兰盘。

由于这种制坯所需设备为锯床、液压机等普通设备, 故生产中常用这种工艺。

汽车半轴锻件材料为45Cr,法兰盘体积296525mm3 , 相当于杆部直40mm 、长151mm棒料的体积,高径比为3.8。

当高径比> 2. 5 时，如果简单地自由徽粗, 就会失稳。

现在制坯过程中采用局部约束, 一次制坯成功, 没有折叠裂纹缺陷,同时满足下一道工序温摆辗成形要求。

因此采用挤压锻造方式。

4.2 挤压变形过程挤压是将金属毛坯放入挤压模具模膛内，在强大的压力和一定的速度条件下迫使金属从模膛中挤出，从而获得所需形状、尺寸以及具有一定力学性能的挤压件。

本设计采用热挤压类正挤压方式，其毛坯变形及计算过程(a)原始坯料(b)第一次挤压(c)第二次挤压图4-2-1（1）法兰盘毛坯计算：表4-2-1（2）半轴尾部毛坯计算表4-2-24.3 挤压模具简图图4-3-1 半轴挤压制坯模具1-垫板2-固定板3-冲头4-模芯5-拉板6-模套7-拉杆8-半边模9-夹具体10-工作台五法兰成形——摆辗工艺本设计采用卧式摆辗机，设计卧式摆辗模具。

模具由三部分造成，即摆辗凸模、活动凸模、固定凸模三部分。

具体设计过程如下：5.1 摆辗工艺参数5.1.1回转中心与压力中心（1）回转中心摆头模具的顶点应位于机器的回转中心上。

以此为依据，在顶点水平面内的锥模母线上的尺寸与锻件图的尺寸一致。

（2）压力中心与常规锻压设备的冷挤压成形等工艺不同，摆动辗压成形时是偏心受裁，其压力中心大体为从圆周上沿直径方向向内13⁄R处。

本次设计回转中心与压力中心如所示锻件图5-1-15.1.2 摆角的选择摆角是摆头模具的轴线与主轴线倾斜的角度。

摆角越小，金属垂直流动越大，径向流动越小，摆辗力和偏心力矩小，但同样的变形量摆辗次数增多。

所以，冷辗时，取=1~2°；热辗时，取=3~5°。

铆接时，为加快金属的径向流动，角常取4~5°本次设计使用热辗，摆角采用3°。

如图图5-1-1所示 5.1.3 每转进给量当辗压力较小，即s 较小时，就容易产生上蘑菇效应，使锻件锻不透，影响锻件质量。

一般最小的s 值按下式计算：）。

摆角（）；辗压后工件的半径（）；辗压后工件的高度（）；每转最小进给量（式中----=γγmm R mm mm tan 4min 2min H s R H s则本设计中，S min =1924×70.5×tan 3°=1.6 mm/r5.1.4 面积接触率的计算面积接触率是摆辗模具与毛坯接触面积Ac 与毛坯表面积A 的比值。

本设计中，λ的计算公式均基于圆锥与圆柱平面压下相交求出的。

根据波兰马尔辛尼克教授给出的公式：）。

摆角（）；工件的半径（）；每转工件进给量（面积接触率；式中：︒----=γλγλmm R r /mm s tan 245.0R s所以：o3tan 5.70216.045.0⨯⨯=λ=0.20945.1.5 摆辗力的计算 摆辗时所需的变形力F 为：)8.1.(2~0.29.1~6.17151A 1022c 3c 本设计取；模膛内成形；局部镦粗系数，对于自由镦粗下：值可按经验公式计算如）。

平均单位压力（；），接触面积（）；摆辗力（式中：===-=-=--⨯=-K K .~.K K K p p Mp p R A mm kN F p A F sa c σλπ所以：F=0.2094×π×70.52×1.8×110×106×10−3=206KN 。

所以：取DW99-160卧式摆辗机。

5.1.6 分模面的选择分模面的选择基本原则是保证锻件从模膛中取出的前提下，兼顾金属易于充满模膛，制造加工简单。

同时，本设计采用闭式模，分模面要求选在锻件最大轮廓尺寸靠近凸模的一面，以便于在开模时锻件不会固着在摆辗凸模上。

以此，分模面A-A 选取如下σs 为摆辗成形时材料的屈服应力。

(本设计热辗的温度为800℃， ,45Cr 的σs =110MPa)A ┏A ┛图5-1-25.2 摆辗凸模设计摆辗凸模圆锥台面直径计算公式：D MN=D DN cosγ±2H dn sinγ摆辗凸模斜度与锻件斜度关系: βimn=βodn+γβomn=βimn−γ所以，凸模设计如表5-2-1所示，实体图如图5-2-1所示图5-2-1摆辗凸模实体剖视图5.3 摆辗凹模设计（1）设计要点A、形状和尺寸固定凸模和活动凸模模膛尺寸和形状按照锻件图相应尺寸和形状设计。

B、凸、凹模间隙采用闭式辗压模时，摆辗凸模进入固定凹模中，两者间隙必须适当，间隙过大，则纵向毛刺增厚，不易去除；反之，由于模具热胀又容易卡住。

本设计间隙选取0.5mm。

C、凸、凹模配合锥度圆柱形凸模与固定凹模的配合锥度为摆角，即3°（2）固定凸模设计根据结合设计要点，固定凸模尺寸如下图5-3-1，实体如图5-3-2图5-3-1图5-3-2 （3）活动凹模设计活动凹模尺寸如固定凹模。

第六章摆辗模具装配图及其工艺卡片6.1 摆辗模装配图图6-1 摆辗模具装配图1-摆头2-压紧圈3-凸模外镶块4-活动凹模5-凸模内镶块6-固定凹模7-半轴锻件锻造设计个人总结程设计，是徘徊于理论与实践之间的一段旅程，是回望在课堂与课下之间的一丝脆铃，是升华间不懂与朦胧之间的一抹阳光。

通过这次课程设计，纸张上文字不再艰涩难懂，一个个的文字拼凑起来的丰满的线条，布满在金属块的表面，再配上喜悦的心情，冲出一个又一个瓶起子，旅途的风景再多么地糟糕，心情还是愉悦的。