一种汽车底盘锻件短流程锻造工艺
阅读说明：本技术 一种汽车底盘锻件短流程锻造工艺 (Short-process forging process for automobile chassis forge piece ) 是由 周标 郭成强 徐银龙 李檀 林国峰 徐旭东 于 2021-12-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种汽车底盘锻件短流程锻造工艺,属于铝合金锻造技术领域。本发明公开了一种汽车底盘锻件短流程锻造工艺,所述工艺包括如下步骤：将铝合金棒料依次进行辊锻、弯曲、预锻、终锻、机加工、热处理、表面处理,辊锻过程中的辊锻模具温度低于预锻和终锻中的模具温度,预锻成型温度高于终锻成型温度。(The invention relates to a short-process forging process for an automobile chassis forge piece, and belongs to the technical field of aluminum alloy forging. The invention discloses a short-process forging process for an automobile chassis forge piece, which comprises the following steps: the method comprises the following steps of sequentially carrying out roll forging, bending, pre-forging, finish forging, machining, heat treatment and surface treatment on an aluminum alloy bar, wherein the temperature of a roll forging die in the roll forging process is lower than the temperature of dies in the pre-forging and the finish forging, and the pre-forging forming temperature is higher than the finish forging forming temperature.)
技术领域
本发明属于铝合金锻造技术领域，涉及一种汽车底盘锻件短流程锻造工艺。
背景技术
汽车底盘作为汽车的重要组成部分，起到支承发动机及各部件总成的作用，为了保证汽车在行驶过程中的安全性和平顺性，汽车底盘件需要具有高强度、高韧性、防腐蚀等性能。
铝合金因其密度小、比强高等优点已在多领域中应用，特别是随着汽车轻量化进程的推进，铝合金锻件越发受到重视，正处于快速发展阶段。目前传统的钢材部件被更轻的铝合金锻件所代替，这些锻件已经用于车桥、底盘构件，如挤压轮毂、传动轴及悬挂件等，并且铝合金锻件也能够应用于发动机零件中的连杆、活塞等。
在铝合金锻造过程中，一方面合金成分和锻造温度会直接影响合金的塑形，另一方面含有不同合金元素铝合金的塑形对变形速度的敏感程度也会有所不同，所以铝合金的选择尤为重要。6XXX系合金属于Al-Mg-Si系，以6082铝合金为代表，是热处理型的耐腐蚀性铝合金，成型后不会产生拉伸应变痕的应变形态，在具有较高性能的同时还能够保持足够的安全性；在进行热力锻造的过程中，该铝合金型材表面并没有氧化皮，锻造余量较少，耐腐蚀性较好，并没有应力腐蚀开裂的现象，因此常作为锻造铝合金。然而，该合金由于合金元素含量高，变形抗力大、锻造温度窗口窄（约为100℃），锻造工艺控制难度大。
在锻造工艺设计中，除考虑到合金本身的变形能力外，实际锻造温度会直接影响铝合金的锻造工艺性能。铝合金导热快，因此锻造模具温度监控与锻造工艺的衔接的好坏将会影响到铝合金锻件的成品率。锻造变形量能够决定合金在模腔内的流动，从而影响到合金的显微组织。锻造道次与每道次变形量之间配合，能够决定铝合金锻件的成品率、组织与性能以及能耗。表面粗晶层也是影响产品合格率的一大重要因素，表面粗晶层经常出现在型材壁厚外部，宽扁形状的型材在宽度方向的两端容易出现。表面粗晶层深度较深对材料的抗拉强度、屈服强度、延伸率、疲劳性能都有较大的影响，因此需要减少表面粗晶层深度。但是材料性能并不会只受表面粗晶层的影响，当材料内部存在偏析、疏松等其他缺陷时，合格率会大幅降低。并且目前国内锻造铝合金的生产工艺流程较长，通常包括了铸锭→均匀化→挤压→下料、清洗、扒皮→中频加热→辊锻→弯曲、压扁→二次加热→预锻、终锻→切边、冲孔、校正等工序，存在工序多、耗能高、产品质量低、稳定性差、性能不足等问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种流程短、耗能低、产品合格率高、工艺可控、精度高的汽车底盘锻件短流程锻造工艺。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种汽车底盘锻件短流程锻造工艺，所述工艺包括如下步骤：将铝合金棒料依次进行辊锻、弯曲、预锻、终锻、机加工、热处理、表面处理，辊锻过程中的辊锻模温度低于预锻和终锻中的模具温度，预锻成型温度高于终锻成型温度。
本发明在模锻压机模座上同时布置弯曲模、预锻模、终锻模，使弯曲、预锻、终锻工序连续进行，热损失小，不需要在锻造过程中多次加热保温，显著缩短了锻造时间；并且在锻造过程中消除了金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，保存了完整的金属流线，使锻件的机械性能更优。同时，每从加热后的棒料开始变形至产品锻造完成的过程连续生产，每道工序完成后的产品由机械手搬运至下一工序，不仅适用于多种类型产品的锻造成型，而且显著提高了产品的生产效率。
作为优选，所述铝合金棒料先在500-540℃下进行预热。
作为优选，所述辊锻过程辊锻模具温度为100-150℃，预锻模具温度为150-200℃，终锻模具温度为150-200℃。
模具温度对材料在模具型腔内的流动变形有影响，可能会导致折叠、缺料等缺陷的产生，所以要控制各模具的温度。辊锻过程中的辊锻模具温度低于预锻和终锻时的模具温度，而预锻和终锻时的模具温度可以相同或相近。
作为优选，所述预锻成型温度为450-500℃，终锻成型温度为420-470℃。
铝合金本身具有导热快，所以需要监控锻造过程温度并结合锻造工艺控制锻件质量。锻造过程中温度过高、过低或温度变化程度过大，均易形成粗晶组织，晶粒粗大和晶粒结构不均匀导致铝合金锻件力学性能降低和不稳定，对锻件疲劳强度、耐腐蚀性能和冲击韧度均有影响。本发明中锻造过程温度逐渐降低，且变化程度小，材料内部组织能保持均匀。
作为优选，所述辊锻后材料温度为480-520℃，预锻后产品的温度为430-480℃，终锻后产品的温度为400-450℃。
本发明中锻造三步骤的锻造温度与锻后温度连续对应，避免温度变化过大，保证模具寿命，减少金属流动抗力。
作为优选，所述弯曲过程弯曲后角度为100-120度。
弯曲的角度大小也会对产品内部性能产生影响，棒料弯曲后角度过小会导致内侧受压、折叠，外侧受拉、面积减小、形成裂纹，横截度增加、出现回弹；弯曲后角度过大会导致产品形状不符合要求。并且要控制棒料的长度和直径，以满足弯曲半径大于材料允许的最小弯曲半径；控制弯曲速度，避免发生回弹现象。目前的三角形控制臂由于工艺受限，弯曲后角度不合理；而本发明通过控制棒料温度等参数以实现100-120度的弯曲角度，并且保证锻件性能，避免缺陷。当产品为直线型时，弯曲步骤可以省去。通过本发明的锻造工艺并结合后处理工艺能够使棒料处于最适合预锻的弯曲度时仍使成品具有良好的机械性能，且表面粗晶层深度小。
常规的弯曲步骤后需要进行压扁，压扁能够使坯料横向延伸，增加覆盖预锻型腔的面积，便于预锻件成型。但是，增加压扁工序需要增加一套单独的压扁模，且压扁后的棒料不利于自动化搬送。本发明取消压扁工序，设置连续的机械化锻造过程；采用本发明的工艺流程，即使没有压扁步骤也能够实现锻件的高效成型。
作为优选，所述表面处理机加工包括切边、冲孔。
进一步优选，所述切边时的温度为400-450℃。
更进一步优选，所述冲头和刃口的尺寸依据终锻件切边时的温度放大一定系数，缩放系数为1.01。
产品锻造后未经冷却直接进行热切边，同时对产品进行冲孔。铝合金在20℃下的热膨胀系数为23.21E-6/K，温度在400-450℃时线尺寸放大约1.008-1.01倍，所以需要对冲孔的尺寸进行缩放，使冷却后的产品尺寸符合要求。
作为优选，所述热处理包括固溶、淬火、时效处理。
进一步优选，所述固溶温度为510-540℃，保温时间为2-4h。
进一步优选，所述淬火水温30-50℃，淬火延迟时间≤20s，淬火时间为10-20min。
缩短淬火延迟时间，避免材料温度大幅度下降，改变内部组织形态。
进一步优选，所述时效温度160-190℃，保温时间6-10h。
作为优选，所述表面处理包括酸性、探伤、抛丸。
进一步优选，所述酸洗过程的酸洗溶剂为20%-40%的硝酸，时间为60-120s；所述探伤过程为荧光渗透探伤、超声波探伤中的一种或多种。
进一步优选，所述抛丸过程所用的钢丸直径为0.1-1.0mm，抛丸时间为1-5分钟。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果。
1、本发明的工艺流程短、耗能低、产品合格率高、工艺可控，消除了折叠等缺陷。
2、本发明的工艺根据锻件成品进行调整，三角形控制臂在弯曲后的角度可控制在100-120度；平直的连杆不需要进行弯曲，且锻造后不需要进行冲孔；弯曲的连接臂不需要进行辊锻，且锻造后不需要进行冲孔。
3、本发明通过控制锻造过程的连续性和各工序的温度使制得的锻件具强度高、韧性好、耐腐蚀的性能，且表面粗晶层深度小。
4、本发明制得的锻件应用于汽车底盘中，可以满足汽车底盘高强度、高韧性、防腐蚀性的需求。
5、本发明的工艺机械化程度高，减少人工步骤，适用于产业化生产。
附图说明
图1是本发明实施例1 中产品的粗晶断面图。
图2是本发明实施例2中产品的粗晶断面图。
图3是本发明实施例3 中产品的粗晶断面图。
图4是本发明实施例4 中产品的粗晶断面图。
图5是本发明对比例2中产品的粗晶断面图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
汽车三角形控制臂锻造全工序：棒料加热-辊锻-弯曲-预锻-终锻-切边、冲孔-热处理-酸洗探伤-抛丸。
将D63mm-L500mm的6110铝合金棒料在材料加热炉中加热至520℃；加热后的棒料出炉由输送带送至辊锻机进行辊锻，辊锻模提前进行预热至120℃；辊锻后的棒料由机器人夹取放进锻压机内的弯曲模上，弯曲至110°；弯曲后的棒料由机械手夹取放至预锻模在470℃进行锻压，接着放置终锻模在440℃进行锻压，预锻模和终锻模都提前进行预热至160℃；终锻后的产品由机械手搬送至切边模在420℃进行切边和冲孔；切边后的产品人工装入专用热处理框，然后进行固溶处理，在530℃下保温2h后产品自动进入水温为40℃的水槽内进行淬火，从炉门打开至产品完全浸没水中的动作在20s之内完成，产品在水槽停留15min后进行时效处理，时效温度170℃，保温时间8h；热处理后的产品经酸洗碱洗去除表面脏污后，进行荧光渗透探伤，检查产品表面的裂纹、重叠、气泡等缺陷；酸洗检查后合格的锻件经抛丸进行表面处理，最后将获得的汽车三角形控制臂包装入库。具体性能数据见表1；产品表面粗晶层深度见图1。
实施例2
汽车直线型连杆锻造全工序：棒料加热-辊锻-预锻-终锻-切边-热处理-酸洗探伤-抛丸。
将D43mm-L390mm的6110铝合金棒料在材料加热炉中加热至540℃；加热后的棒料出炉由输送带送至辊锻机进行辊锻，辊锻模提前进行预热至150℃；辊锻后的棒料由机器人夹取放进锻压机内的预锻模上460℃进行锻压，接着放置在终锻模中430℃进行锻压，预锻模和终锻模都提前进行预热至160℃；终锻后的产品由机械手搬送至切边模在410℃进行切边；切边后的产品人工装入专用热处理框，然后进行固溶处理，在540℃下保温2h后产品自动进入水温为45℃的水槽内进行淬火，从炉门打开至产品完全浸没水中的动作在19s之内完成，产品在水槽停留16min后进行时效处理，时效温度185℃，保温时间8h；热处理后的产品经酸洗碱洗去除表面脏污后，进行荧光渗透探伤，检查产品表面的裂纹、重叠、气泡等缺陷；酸洗检查后合格的锻件经抛丸进行表面处理，最后将获得的汽车直线型连杆包装入库。锻件成品为平直的连杆，形状简单，不需要进行弯曲，且锻造后不需要进行冲孔，但产品体积分布不均匀，仍需要进行辊锻。具体性能数据见表1；产品表面粗晶层深度见图2。
实施例3
汽车弯曲型控制臂锻造全工序：棒料加热-弯曲-预锻-终锻-切边-热处理-酸洗探伤-抛丸。
将D48mm-L410mm的6110铝合金棒料在材料加热炉中加热至530℃；加热后的棒料由机器人夹取放进锻压机内的弯曲模上，弯曲至116°；弯曲后的棒料由机械手夹取放至预锻模在490℃进行锻压，接着放置终锻模在440℃进行锻压，预锻模和终锻模都提前进行预热至180℃；终锻后的产品由机械手搬送至切边模在440℃进行切边；切边后的产品人工装入专用热处理框，然后进行固溶处理，在540℃下保温2h后产品自动进入水温为30℃的水槽内进行淬火，从炉门打开至产品完全浸没水中的动作在17s之内完成，产品在水槽停留18min后进行时效处理，时效温度180℃，保温时间7h；热处理后的产品经酸洗碱洗去除表面脏污后，进行荧光渗透探伤，检查产品表面的裂纹、重叠、气泡等缺陷；酸洗检查后合格的锻件经抛丸进行表面处理，最后将获得的弯曲型控制臂包装入库。锻件成品为弯曲的连接臂，需要进行弯曲，但产品体积分布较均匀，不需要进行辊锻，且锻造后不需要进行冲孔。具体性能数据见表1；产品表面粗晶层深度见图3。
实施例4
汽车电池盒支架锻造全工序：棒料加热-辊锻-弯曲-预锻-终锻-切边-热处理-酸洗探伤-抛丸-包装。
将D85mm-L300mm的6082铝合金棒料在材料加热炉中加热至520℃；加热后的棒料出炉由输送带送至辊锻机进行辊锻，辊锻模提前进行预热至130℃；辊锻后的棒料由机器人夹取放进锻压机内的弯曲模上，弯曲至120°；弯曲后的棒料由机械手夹取放至预锻模在480℃进行锻压，接着放置终锻模在425℃进行锻压，预锻模具提前进行预热至180℃，终锻模具提前进行预热至175℃；终锻后的产品由机械手搬送至切边模在420℃进行切边；切边后的产品人工装入专用热处理框，然后进行固溶处理，在525℃下保温2h后产品自动进入水温为35℃的水槽内进行淬火，从炉门打开至产品完全浸没水中的动作在19s之内完成，产品在水槽停留14min后进行时效处理，时效温度170℃，保温时间8h；热处理后的产品经酸洗碱洗去除表面脏污后，进行荧光渗透探伤，检查产品表面的裂纹、重叠、气泡等缺陷；酸洗检查后合格的锻件经抛丸进行表面处理，最后将获得的电池盒支架包装入库。具体性能数据见表1；产品表面粗晶层深度见图4。
实施例5
与实施例1相比，区别在于将6110铝合金棒料在材料加热炉中加热至525℃；加热后的棒料出炉由输送带送至辊锻机进行辊锻，辊锻模提前进行预热至120℃；辊锻后的棒料由机器人夹取放进锻压机内的弯曲模上，弯曲至90°；弯曲后的棒料由机械手夹取放至预锻模在470℃进行锻压，接着放置终锻模在440℃进行锻压，预锻模和终锻模都提前进行预热至165℃；终锻后的产品由机械手搬送至切边模在440℃进行切边和冲孔；切边后的产品人工装入专用热处理框，然后进行固溶处理，在530℃下保温2h后产品自动进入水温为40℃的水槽内进行淬火，从炉门打开至产品完全浸没水中的动作在20s之内完成，产品在水槽停留15min后进行时效处理，时效温度170℃，保温时间8h。由于弯曲后棒料形状不满足要求，预锻型腔各部位材料流动速度不一致，材料汇流形成折叠。具体性能数据见表1。
实施例6
与实施例1相比，区别在于将6110铝合金棒料在材料加热炉中加热至520℃；加热后的棒料出炉由输送带送至辊锻机进行辊锻，辊锻模提前进行预热至130℃；辊锻后的棒料由机器人夹取放进锻压机内的弯曲模上，弯曲至140°；弯曲后的棒料由机械手夹取放至预锻模在460℃进行锻压，接着放置终锻模在440℃进行锻压，预锻模和终锻模都提前进行预热至160℃；终锻后的产品由机械手搬送至切边模在440℃进行切边和冲孔；切边后的产品人工装入专用热处理框，然后进行固溶处理，在530℃下保温2h后产品自动进入水温为40℃的水槽内进行淬火，从炉门打开至产品完全浸没水中的动作在18s之内完成，产品在水槽停留16min后进行时效处理，时效温度170℃，保温时间8h。由于弯曲后棒料形状不满足要求，预锻型腔各部位材料流动速度不一致，材料各部分厚度不均匀。具体性能数据见表1。
对比例1
与实施例1相比，区别在于锻造后的产品没有进行热处理，直接进行性能测试。具体性能数据见表1。
对比例2
汽车三角形控制臂通过常规锻造全工序制得，具体工序为：棒料加热-辊锻-弯曲-压扁-二次加热-预锻-终锻-切边-冲孔-热处理-酸洗探伤-抛丸。
将D63mm-L500mm的6110铝合金棒料在材料加热炉中加热至530℃；加热后的棒料出炉由输送带送至辊锻机进行辊锻，辊锻模提前进行预热至125℃；辊锻后的棒料由人工夹取放进锻压机内的弯曲模上，弯曲至要求的角度95°；弯曲后的棒料人工夹取放置在压扁模上进行压扁；压扁后的棒料需要二次加热，再由人工夹取放至预锻模在475℃进行锻压，接着放置终锻模在420℃进行锻压，预锻模和终锻模都提前进行预热至170℃；终锻后的产品由人工搬送至切边模在430℃进行切边；切边后的产品在放冲孔模上进行冲孔；冲孔后的产品人工装入专用热处理框，然后进行固溶处理，在520℃下保温3h后产品自动进入水温为40℃的水槽内进行淬火，从炉门打开至产品完全浸没水中的动作在20s之内完成，产品在水槽停留18min后进行时效处理，时效温度170℃，保温时间8h；热处理后的产品经酸洗碱洗去除表面脏污后，进行荧光渗透探伤，检查产品表面的裂纹、重叠、气泡等缺陷；酸洗检查后合格的锻件经抛丸进行表面处理，最后将通过常规方法获得的汽车三角形控制臂包装入库。常规方法需要压扁工序，切边和冲孔分两道工序进行，且锻造生产由人工进行，生产效率低，过程参数不易控制；产品在各工序间转移时耗时较长，温度变化大，成品品质不稳定。具体性能数据见表1；产品表面粗晶层深度见图5。
表1.锻件性能数据表。
观察本发明实施例1-4的产品粗晶断面图即图1-4可以发现，通过本发明的工艺获得的产品内部组织均匀。而采用常规方法获得的产品如图5所示，内部组织分布不均匀，出现较大的结晶粒，且表面粗晶层深度大。并且与本发明的工艺相比，常规方法的步骤较多，工艺复杂，耗时较长，耗能也更大。
综上所述，本发明的工艺流程短、耗能低、产品合格率高、工艺可控，消除了折叠等缺陷；机械化程度高，减少人工步骤，适用于产业化生产；可以根据锻件成品进行调整，平直的连杆不需要进行弯曲，且锻造后不需要进行冲孔；弯曲的连接臂不需要进行辊锻，且锻造后不需要进行冲孔。并且本发明制得的锻件具强度高、韧性好、耐腐蚀的性能，应用于汽车底盘中，可以满足汽车底盘高强度、高韧性、防腐蚀性的需求。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
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