一种箱式货车锁座锻造工艺及锻造设备的制作方法

本发明实施例涉及锻造技术领域，具体涉及一种箱式货车锁座锻造工艺及锻造设备。

背景技术：

箱式货车锁座作为汽车零件，对其外观及性能有着极高的要求。目前锁座的制造方法为一般为铸造，常用的铸造工艺流程依次为配砂、制模、造型、浇注、落砂、打磨。

由于铸造工艺是直接将液化后的金属注入模具中生成，由于其工艺属性的缺陷决定其产品难免存在内部组织疏松、气孔、缩孔、夹砂等表面缺陷。由于上述缺陷的存在，严重影响实际生产效率和产品合格率，另外铸造产品的表面质量和机械性能也远远不如锻造产品。

另外，针对于汽车锁座，通过铸造的方式其存在如下技术问题：

1、铸造产品工艺流程较为复杂，制作周期较长，生产效率低；

2、锁座为汽车零件，对其外观及性能有着极高的要求，铸造易出现裂纹、砂眼等影响产品性能和外观的缺陷。

在现有的锻造工艺中，一方面由于工艺原因较少对工件采用一模两件的方式进行锻造，而且现有锻造生产效率要低于铸造，这是由于在锻造过程中需要加热和锻造，使得单个工序的时间增长，而且锻造过程中无法准确的控制原料的质量，不能准确控制锻造件的品质。此外在现有技术中由于在锻造的过程中需要进行加热和锻造，容易造成锻造件内部应力残余，长期积累影响产品的品质。

技术实现要素：

为此，本发明实施例提供一种箱式货车锁座锻造工艺及锻造设备，以解决现有技术中无法控制锻造件原材料的质量以及无法及时释放内部残余应力的问题。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

一种箱式货车锁座锻造工艺，包括如下步骤：

步骤100、下料，根据产品的规格尺寸计算锻件的质量，并通过多台锯床同步锯料得到坯料，将坯料送至加热区域；

步骤200、中频加热，将坯料依次摆放至自动上料区域，通过反馈性调节使得中频加热炉将坯料加热至指定温度，且在进入中频加热炉前后在坯料的表面冲击垂向孔；

步骤300、去除氧化皮，通过压力机对坯料进行镦粗以去除氧化皮；

步骤400、预锻，将去除氧化皮后的坯料放入预锻模腔中，通过冲头对坯料进行镦锻，直至坯料充满预锻模具，并且在坯料的中心处形成分割线；

步骤500、终锻，将经过预锻的坯料以切割线为中心线分别放入终锻模腔内进行镦锻形成锁座坯样；

步骤600、冲孔，对锁座坯样进行冲孔获得成品。

作为本发明的一种优选方案，在步骤100中，在通过锯床锯料之前还包括对坯料的预处理，其具体的处理步骤为：

对坯料进行清洗去除杂质，并通过酸洗去除氧化壳；

对坯料进行常规加热，并在加热至预热温度后去除氧化皮；

将去除氧化皮后的坯料送入锻造机或挤出机中获得与锁座相近形状的棒料，对棒料进行常温退火第一次消除残余应力。

作为本发明的一种优选方案，在根据产品的规格尺寸计算锻件的质量后，将其按照1％～5％的比例扩大后作为锯床锯料的数据依据，在每一段退火后的棒料表面通过射孔冲击形成均匀分布的垂向孔，且垂向孔的深度和分布密度分别根据预锻和终锻的锻造比确定。

作为本发明的一种优选方案，在步骤200中，中频加热的自动控制步骤为：

将坯料依次摆放在自动上料区域，并通过设备顶料杆依次按照设定的加热工艺节拍将坯料推料进入炉内加热；

坯料进入炉内后以流水线传送，并且在传送的过程中接收中频加热，传送的轨迹依据加热参数确定；

在炉口设置红外感应器依次测量坯料的出炉温度，当出炉温度达到预设温度时通过滑道进入下一工序，当出炉温度低于预定温度时通过分流机构将坯料分流至待处理区域进行下一步的坯料管理，并将温度检测信号反馈至控制系统用于对加热参数进行修正。

作为本发明的一种优选方案，在步骤400中，所述预锻模腔采用一模两件的型腔，且在镦锻时进行第二次消除残余应力，在步骤500中，所述终锻模腔采用一模两件的型腔，且所述预锻模腔和终锻模腔并列设置，且在镦锻时进行第三次消除残余应力。

作为本发明的一种优选方案，所述终锻型腔的成型方法具体为：

获取预锻后工件的锻件图；

按照预锻后工件的锻件图加上1.5％热收缩率做出锻件新的热锻件图，并通过计算机软件模拟做出终锻模腔；

在预锻后的工件上第二次冲击垂向孔，并根据终锻的锻造比确定第二次冲击垂向孔的深度和分布密度。

作为本发明的一种优选方案，在步骤500和600中，在终锻和冲孔时，均采用0.5～0.8mpa的氮气对准坯料进行冲洗，直至坯料温度降至100℃以下时采用0.5～0.8mpa的空气对坯料进行冲洗，并且在通过氮气和空气对坯料降温时进行第四次消除残余应力。

另外，本发明还提供了一种箱式货车锁座锻造设备，包括：

接料机构，用于接收经过预处理且被切割成指定大小和形状的坯料；

中频加热炉，通过送料传输带与接料机构连通，所述中频加热炉用于将坯料加热至指定温度；

至少两组环形冲孔机构，分别设置在所述送料传输带的入料端和出料端，所述环形冲孔机构用于对坯料进行冲击形成垂向孔；

锻造台，设置在所述送料传输带的出料端，所述锻造台用于对坯料进行初锻和终锻形成成品工件；

所述送料传输带通过伺服电机驱动，且在送料传输带的出料端呈环形设置有若干个红外传感器，所述红外传感器通过控制器与所述伺服电机电性连接，在所述送料传输带的每个载位上设置有顶升夹持台。

作为本发明的一种优选方案，所述环形冲孔机构包括呈环形将送料传输带包裹在中心轴位置的圆形底座，所述圆形底座通过支架安装在机座上，在所述圆形底座上均匀设置有若干个冲孔枪。

作为本发明的一种优选方案，所述送料传输带两侧设有通过伸缩杆安装在机架上的限位挡板，且所述送料传输带由两根同步驱动的卡位传输带组成，在两根所述卡位传输带之间通过若干个均匀分布的基板连接形成若干个载位，且每个所述基板与所述卡位传输带上的卡槽一一对应，所述顶升夹持台均设置在所述基板上，所述顶升夹持台上通过外延臂设置有位于外侧的顶杆，所述顶杆与所述载位斜交。

本发明的实施方式具有如下优点：

(1)本发明通过流水式的方式来生产锁座，其效率相对于现有的铸造方式，其工艺流程简单，生产节奏明显提高，而且可以显著降低劳动强度，使得班产量达到原有产量的1.5倍以上；

(2)本发明在制备的过程中严格控制坯料的进料，以及尽可能去除杂质和氧化皮，提高产品锻造过程中的质量分布均匀程度，在锻造过程中清楚杂质，而且同时在锻造过程中分多步释放残余应力，有利于提高产品质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施方式中工艺流程示意图；

图2为本发明实施方式中锻造设备结构示意图；

图3为本发明实施方式中环形冲孔机构剖面结构示意图；

图4为本发明实施方式中送料传输带结构示意图；

图5为本发明实施方式中模具结构示意图；

图中：1-接料机构；2-中频加热炉；3-送料传输带；4-环形冲孔机构；5-锻造台；6-红外传感器；7-顶升夹持台；8-圆形底座；9-冲孔枪；10-伸缩杆；11-限位挡板；12-卡位传输带；13-外延臂；14-顶杆；

10-预锻模具；20-终锻模具；30-限位顶柱；40-型腔；50-分割棱；60-模芯。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种箱式货车锁座锻造工艺，包括如下步骤：

步骤100、下料，根据产品的规格尺寸计算锻件的质量，并通过多台锯床同步锯料得到坯料，将坯料送至加热区域。

为了保证计算的精度，在实际中，需要首先对坯料进行预处理，以清除坯料表面的杂质和氧化壳，使得称量的质量与设计的质量相近，从而保证锻造后工件的质量，包括均匀程度和工件整体的质量。

因此，预处理步骤需要在通过锯床锯料之前，其具体的处理步骤为：

对坯料进行清洗去除杂质，并通过酸洗去除氧化壳，通过机械的方式去除表面杂质和油污等，再通过化学酸洗的方式去除表面的氧化壳，这是因为本发明中所涉及到的材料为铁质，因此可以通过酸洗的方式去除氧化壳，对于不同的材质，可以根据材质的特性来适应性的选择相应的化学试剂来去除其表面的氧化壳。

对坯料进行常规加热，并在加热至预热温度后去除氧化皮，在本实施方式中坯料在正常使用时需要将温度加热至1150～1200℃，由于在预处理阶段是去除表面的氧化壳，因此不需要加热到锻造温度，只需要加热至400℃以上即可，去除氧化皮的方法同样可以选择镦粗。

由于锻造件在加工的过程中会存在残余应力，因此为了防止锻造件在成型后由于残余应力而导致工件出现裂缝等脆性破坏，需要针对性的释放锻造件中的残余应力，以提高产品的质量和使用寿命。

对于残余应力的处理，在本实施方式中主要包括四个方面：

第一方面，通过坯料的热处理来消除部分残余应力；

第二方面和第三方面主要是通过设置的应力释放点，在墩锻的过程中通过锤炼再次消除部分的残余应力；

第四方面在加热冷却的过程中，通过保护其冷却的过程使得晶体结构发生变化再次释放残余应力。

在常规方法中，对于残余应力消除主要采用的是淬火的方式的，但是常规方法中对于淬火是先加热后冷却淬火，即加热和退火是连续的，以达到消除残余应力的作用。但是这种方式的缺陷很明显，通过淬火后的工件晶体结构发生了改变，硬度较大，不便于后续的加工，而不通过淬火的处理，工件中残余应力将会聚集的越来越多，直至超过工件的承受极限而使得工件发生损伤。在本实施方式中通过将残余应力的释放分为四个方面，对不同部分根据工艺的需求进行先后顺序的处理，以达到既实现应力消除又不影响正常加工的目的。

通过以上四个方面的处理，本实施方式中的锻造件可以有效的消除残余应力，提高产品的质量。具体的实施方式在后文中结合具体的实施例进行说明。将去除氧化皮后的坯料送入锻造机或挤出机中获得与锁座相近形状的棒料，对棒料进行常温退火第一次消除残余应力，在第一次消除残余应力时需要注意的是，在对坯料进行常规加热去除氧化皮时即可通过控制加热时间以及维持的时间，并且通过控制退火的温度和时间以达到消除残余应力的作用，而上述参数则需要通过对坯料进行测试和实验获得。

上述中的淬火与现有技术不同，现有技术中对于淬火的要求在于将工件由室温均匀升温至特定的温度，并保温一段时间后再通过降温的过程以实现淬火，而本实施方式中加温过程相同，但是在保温和降温的过程中存在区别，而且对于降温的过程不做特殊的限定，因此第一次通过热处理的方式能消除部分的残余应力，但同时也可能达不到理想的效果。

在本实施方式中，锁座相近形状具体指的是截面，将坯料通过挤出或者锻造的方式制成相似的截面，在计算出具体的质量后可以直接截取并且放入相应的锻造模具中进行锻造，可以提高锻造件内部质量分布的均匀性，同时可以加快锻造成型的效率，减少锻造的次数。

在本发明中，对于产品的规格尺寸计算可以具体通过ug或者cad等计算机辅助工具来计算，而锯床可以采用gz4232锯床锯料，通过多床锯床的同步进行，使得每台锯床班产量可达到1000根/班，可以明显提高加工效率。而且在该实施方式中，通过将坯料加工成相近的形状，可以进一步提高后续锻造的效率，从而在整个工序上均可以提高加工效率。

由于在实际的加工中，总会存在氧化和材料损耗的问题，如果严格按照模拟计算的结果去锯料，可能会导致坯料不足，从而使得锻造件最终的质量有所亏损，进而影响其整体的质量，为了克服上述缺陷，在本发明中采用的方式是在根据产品的规格尺寸计算锻件的质量后，将其按照1％～5％的比例扩大后作为锯床锯料的数据依据，在每一段退火后的棒料表面通过射孔冲击形成均匀分布的垂向孔，且垂向孔的深度和分布密度分别根据预锻和终锻的锻造比确定。

在本发明中通过设置垂向孔，人为的制造出应力释放区，通过在后期锻造的过程中锻造件表面发生变化，使得残余应力逐步得到释放，而且通过设置垂向孔，有利于整个锻造件在后期加热和散热过程中内外温度尽可能的保持在同一变化水平上，从而可以提高锻造件的内外均匀程度，以达到提高锻造件质量的目的。

之所以将比例关系确定在1％～5％，是因为太多的材料进入锻造模具，一方面是对材料的无谓损耗，另外还会增加对模具的负载，使得模具在锻造时受到过大的压力，从而影响锻造模具的使用寿命。

步骤200、中频加热，将坯料依次摆放至自动上料区域，通过反馈性调节使得中频加热炉将坯料加热至指定温度，且在进入中频加热炉前后在坯料的表面冲击垂向孔。

在本发明中，通过中频加热可以实现流水线式的加热，使得工件在炉内可以移动并进行加热，从而为后续的自动控制提供了基础，本实施方式中，使用中频加热将材料加热至1150～1200℃。

其中，中频加热的自动控制步骤为：

用吊车或叉车将坯料送至加热区域，将坯料依次摆放在自动上料区域，并通过设备顶料杆依次按照设定的加热工艺节拍将坯料推料进入炉内加热；

坯料进入炉内后以流水线传送，并且在传送的过程中接收中频加热，传送的轨迹依据加热参数确定；

在炉口设置红外感应器依次测量坯料的出炉温度，当出炉温度达到预设温度时通过滑道进入下一工序，当出炉温度低于预定温度时通过分流机构将坯料分流至待处理区域进行下一步的坯料管理，并将温度检测信号反馈至控制系统用于对加热参数进行修正，通过反馈式的调节以达到对锻造件中频加热的最佳控制，从而使得锻造件在流水线的工作中始终处于最佳状态，即从进料到出料的时候，其温度刚好是所需的温度，尽可能减少对坯料再次加工的次数。

在上述中，坯料的加热程度取决于坯料在炉内的时间，因此，在速度恒定的前提下，只需要根据加热的温度计算相应的加热时间，在根据加热时间设计相应的轨迹，直至坯料在炉内加热至指定的温度。

本发明中通过自动化控制的方式以流水的形式对坯料进行加热，从而保证坯料加热的温度均匀，使得材料具有良好的锻造温度。

步骤300、去除氧化皮，通过压力机对坯料进行镦粗去除氧化皮。

氧化皮是钢铁在高温下发生氧化作用而形成的腐蚀产物，由氧化亚铁、四氧化三铁、三氧化二铁组成。从内向外依次为氧化亚铁、四氧化三铁、三氧化二铁。氧化皮质脆而硬，一旦进入模具将会加剧模具磨损，而且模锻时氧化皮压入锻件内，会降低表面质量和尺寸精度。因此在锻造之前必须要采取措施减少或消除金属的氧化烧损。在本实施方式中采用250闭式单点压力机对坯料进行镦粗去除氧化皮。

步骤400、预锻，将去除氧化皮后的坯料放入预锻模腔中，通过冲头对坯料进行镦锻，直至坯料充满预锻模具，并且在坯料的中心处形成分割线。

为了提高锻造的效率，预锻模腔采用一模两件的型腔，即一个坯料在一次锻造可以生产出两件产品，另外，在本发明中由于产品较小，模具模块采用小型模块以节省成本，且在镦锻时进行第二次消除残余应力，在镦造的过程中通过不断挤压坯料，使得坯料发生弹性形变并且填充已经成型的垂向孔，在不断镦锻和变形的过程中释放锻造件中的残余应力。

步骤500、终锻，将经过预锻的坯料以切割线为中心线分别放入终锻模腔内进行镦锻形成锁座坯样。

由于本实施方式中的产品较小，因此在终锻时也可以配合预锻采用一模两件的方式，在步骤500中，终锻模腔也采用一模两件的型腔，并且所述预锻模腔和终锻模腔并列设置，且在镦锻时进行第三次消除残余应力，在终锻时如同初锻时一样，通过不断的对锻造件进行镦锻，使得锻造件不断发生塑性形变来消除其中残余的应力，以达到提高锻造件质量的目的。

由于预锻和终锻之间的区别，其终锻型腔的成型方法具体为：

获取预锻后工件的锻件图；

按照预锻后工件的锻件图加上1.5％热收缩率做出锻件新的热锻件图，并通过计算机软件模拟做出终锻模腔；

在预锻后的工件上第二次冲击垂向孔，并根据终锻的锻造比确定第二次冲击垂向孔的深度和分布密度。

在获得终锻模腔后直接进行锻造即可获得对应的锁座坯样，在后续中再进行相应的处理即可获得成品。其中，第二次设置的垂向孔以便在终锻时消除残余应力，在终锻中的垂向孔深度小于第一次冲击的垂向孔。对于两次设置的垂向孔是根据本锻造工艺确定的，而非常规技术，因为常规锻造中并没有配合进行多次设置垂向孔的条件。

步骤600、冲孔，对锁座坯样进行冲孔获得成品。

考虑到坯料在高温时容易被氧化，因此，在步骤500和600中，在终锻和冲孔时，均采用0.5～0.8mpa的氮气对准坯料进行冲洗，直至坯料温度降至100℃以下时采用0.5～0.8mpa的空气对坯料进行冲洗，并且在通过氮气和空气对坯料降温时进行第四次消除残余应力，控制锻造件成型时的冷却过程，以达到消除残余应力的目的。

当温度较高时，此时极容易发生氧化生成新的氧化皮，因此通过氮气等保护气体形成保护环境，提高产品的质量，当温度降低至可控范围时，为节省生产成本可直接注入空气。注入氮气和空气的另一个目的在于及时将锻造过程中产生的残渣和碎屑清除出去，以免进入模具影响模具的效果或者进入产品内影响产品的质量。

在本发明中，该锻造工艺现对于现有铸造工艺，采用锻造工艺流程简单，生产节奏明显提高，劳动强度降低，自动化程度较高，班产量可达到1500件/班，而且通过锻造方式制造的产品，产品不存在有裂纹，砂眼等影响性能及美观的缺陷。

另外，本发明通过构建全新的锻造件加热方式，即中频加热，通过中频的流水式加热，使得锻造件成型过程中可以实现流水式的操作，其次，在锻造的过程中通过控制温度和退火的过程以及锻造方式，实现多层次对残余应力的处理，以达到最佳消除残余应力的目的。

另外，本发明中不仅仅局限于锁座，凡是此类结构均可以该工艺进行制备，其区别仅仅在于锻造模具的区别。

在本发明中，根据前述的锻造工艺，如图2至图4所示，还提供了一种箱式货车锁座锻造设备，包括：

接料机构1，用于接收经过预处理且被切割成指定大小和形状的坯料；

中频加热炉2，通过送料传输带3与接料机构1连通，所述中频加热炉2用于将坯料加热至指定温度，且在送料传输带的出料端呈环形设置有若干个红外传感器6；

至少两组环形冲孔机构4，分别设置在所述送料传输带3的入料端和出料端，所述环形冲孔机构4用于对坯料进行冲击形成垂向孔；

锻造台5，设置在所述送料传输带3的出料端，所述锻造台5用于对坯料进行初锻和终锻形成成品工件。

在上述中，基于红外传感器6对坯料的温度检测，根据检测的结果将其传输至控制器，并通过控制器的控制对送料传输带3的传输速率进行控制，从而通过调节坯料在中频加热炉2中的时间来调整加热温度。

中频加热炉是通过在金属表面产生涡流的形式进行加热，因此，一般不存在加热不均的情况，但是在本实施方式中，由于需要在表面进行冲孔以及两端是设置在送料传输带上的，而在工艺中要求加热效率相同，因此在本发明中针对于该环境进行了改进，即送料传输带在传输的过程中，而坯料在送料传输带的不同载位上发生滚动，从而提高加热的均匀程度。

在本实施方式中，送料传输带3通过伺服电机驱动，所述红外传感器6通过控制器与所述伺服电机电性连接，在所述送料传输带3的每个载位上设置有顶升夹持台7。其中，伺服电机和控制器只需要能够满足根据传感信号调整传输速度即可。

在上述中：所述环形冲孔机构4包括呈环形将送料传输带3包裹在中心轴位置的圆形底座8，所述圆形底座8通过支架安装在机座上，在所述圆形底座8上均匀设置有若干个冲孔枪9，冲孔枪9呈环形均匀分布，便于在锻造件的周围形成均匀的垂向孔，以便人为制造薄弱点，释放残余应力，提高锻造件的品质。冲孔枪9可通过气流射孔或者激光射孔等方式。

另外，由于锻造件需要在送料传输带上进行滚动翻转，为了避免其跑偏，在送料传输带3两侧设有通过伸缩杆10安装在机架上的限位挡板11，通过伸缩杆10的伸缩调节作用来调整限位挡板11和送料传输带之间的关系，从而满足不同类型的铸造件，且所述送料传输带3由两根同步驱动的卡位传输带11组成，在两根所述卡位传输带11之间通过若干个均匀分布的基板连接形成若干个载位12。

上述中需要进一步说明的是，由于坯料是需要在送料传输带上进行翻转的，因此，相邻载位之间的距离需要小于锻造件的翻转距离，在说明书附图中是为了便于说明两者之间的关系，因此，附图中的距离不能作为本技术方案解释的限制。

每个所述基板与所述卡位传输带12上的卡槽一一对应，所述顶升夹持台7均设置在所述基板上，所述顶升夹持台7上通过外延臂13设置有位于外侧的顶杆14，所述顶杆14与所述载位12斜交。本实施方式中的顶杆14为电动，其通过电控的方式实现往复式的伸缩运动。

在本实施方式中由于传输带需要进入中频加热炉中，因此主要材质均采用非金属的耐热材质，而其中主要的驱动部件均通过金属壳进行屏蔽和保护，以避免直接被中频加热导致设备损坏。

另外，如图5所示还提供了一种箱式货车锁座的锻造模具，包括并列设置在承载台上的预锻模具10和终锻模具20，预锻模具10和终锻模具20均通过若干个排列的限位顶柱30固定，预锻模具10和终锻模具20内均包括两个相对设置的型腔40，且在两个型腔40连接线的中心轴面上均设置有分割棱50。

在本发明中同时设置一模两件的预锻模具10和终锻模具20，可以使得一个坯料在一次锻造可以生产出两件产品，提高制造效率。

另外，模芯60内设有拔模斜度，且在模芯60的两侧均设有加大圆角，在本实施方式中通过增大拔模斜度以便脱模，提高脱模的效率，同时使得预锻造件的体积要对于设计值，便于在终锻时进一步的锻造，提高锻造件的质量，在预锻模型腔的两侧均设有加大圆角，加大圆角是便于去除氧化皮后的坯料具有合理的分布流线，从而改善金属在锻模腔中的流动性，使其易于充满锻模腔并提高模具的使用寿命。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。