[发明专利]半轴套管热挤压成形技术

说明书

本发明属于机械热加工、锻造领域，涉及到一种载重卡车后桥半轴套管热挤压成形技术。

半轴套管是载重卡车后桥上的重要零件，要求承受载重卡车70～80％的重量，承受冲击交变载荷，工作条件很恶劣。所以半轴套管应有良好的综合机械性能，单桥载重卡车每车用量为2件，双桥载重卡车为4件。目前我国载重卡车后桥半轴套管均采用汽车半轴套管用无缝钢管(GB3088-82)作毛坯，在平锻机或采用胎模锻方法锻造成形，如我国主要载重卡车生产厂家——中国一汽集团公司、东风汽车集团公司、中国重型汽车集团公司等。采用无缝钢管锻造半轴套管存在的问题主要有：①无缝钢管壁厚差(钢管同一截面上壁厚的差值)较大，按国标GB3088-82，壁厚大于15的钢管，其壁厚偏差允许值为(+12.5％)～(-7.5％)，以壁厚25mm无缝钢管为例，其壁厚允许偏差值为5mm。因此半轴套管的机械加工余量较大，以保证管壁有足够的机械加工余量；②汽车后桥半轴套管在结构尺寸设计及强度设计方面受到现行国家标准所规定的几种尺寸规格及材料成份的限制，某些形状尺寸较复杂的半轴套管采用无逢钢管难以成形；③汽车半轴套管用无缝钢管价格较高，比热轧圆钢或方钢高70～75％，不利于降低生产成本；④用无缝钢管锻造半轴套管只是局部变形，锻件的内部组织质量较差，材料纤维流线不理想。

目前世界上汽车工业较发达国家如美国、德国、日本、韩国等均采用热轧圆钢或方钢在专用的快速热挤压设备上锻造成形，对于带法兰盘的半轴套管则采用多台设备联合锻造的方法，先在模锻锤上将带法兰盘的头部锻成形并冲出盲孔，再次加热后，在油压机上冲孔挤压成形杆部。这种锻件质量好，性能优于前种锻件，是目前国际上较先进的产品。但是该技术因其专用设备价格昂贵(每台设备约要60～70万美元)，我国及大多数发展中国家的企业因资金承受不起难以引进，因其设备昂贵致使产品成本较高(每件300～400元人民币)用户也难于接受。

本发明的目的在于开发一种新的载重卡车后桥半轴套管热挤压成形技术，拟在锻造设备中造价较低的万能油压机上采用热轧圆钢或方钢做毛坯，生产包括带法兰盘和不带法兰盘的半轴套管锻件，在降低生产成本的同时提高产品质量，满足后桥半轴套管在结构尺寸、强度设计等方面的要求。

载重卡车半轴套管轴向总长一般为300mm左右，加上穿孔成形及取件所需行程，要求设备行程大于900mm，模具闭合高度大于700mm，并且要有足够大的工作台面，这些要求在普通锻压设备上如模锻锤、热模锻压机及平锻机上难以实现，因此我们决定在万能油压机上采用热轧圆钢或方钢作毛坯生产半轴套管锻件。万能油压机是锻造设备中造价最低廉的设备之一，采用这种设备可大幅度降低项目投资，一台500吨万能油压机只需人民币29万元。但在万能油压机上锻造半轴套管首先应解决好以下三个问题：第一，万能油压机不能承受偏心载荷，即设备压力中心应与金属成形中心重合。半轴套管成形需要经过下料、镦粗、整形镦粗、正挤压杆部、扩镦头部(终成形)和截头等工序。其中2个主要成形工步(正挤压杆部与终成形)。其变形力较大，如何使得每一个成形工步的变形中心与设备压力中心重合；第二，万能油压机工作行程速度仅为8～10mm/秒，完成每一个成形工步所需时间约为12～20秒，模具型腔与热金属坯料接触时间较长，模具升温会很高。因此模具的润滑冷却问题必须解决好，否则模具的寿命会很低。甚至不可能实现轧钢坯料的成形；第三，由于热轧钢坯料与模具型腔接触时间长而导致温度下降，成形力急剧增大，因此需要寻找一种合理的金属成形方式及模具型腔结构，以达到最大限度地降低变形力之目的。

为解决第一个问题，我们设计了专用的液压模架，并单独申请了实用新型专利(专利号：97245403.9)。该模架由钢制上下模座、上下推拉油缸、导轨、定位块和助力机构组成，并通过上下垫板固定在万能油压机的上下工作台面上，在布置工位时，将半轴套管成形变形力最大的二个工步分别安排在模架的左右工位上。工作初始，上下模座中左工位的中心与设备(万能油压机)中心重合；当左工位成形结束后，上下推拉油缸将上下模座同时左推进一个工位的距离，此时上下模座中右工位的中心与设备中心重合。如此往返运动，左右工位中心交替与设备中心重合，避免了设备在成形时承受过大偏心载荷。