汽車半軸自動(dòng)化鍛件生產(chǎn)新技術(shù)
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摘要：以前的半軸鍛件更多是采用空氣錘上的胎模完成鍛造，這種傳統(tǒng)工藝技術(shù)落后，鍛件精度和表面質(zhì)量達(dá)不到要求。因此需要不斷更新工藝技術(shù)，提升半軸自動(dòng)化鍛件的質(zhì)量，本文以汽車半軸鍛造為研究對(duì)象，從半軸制坯、法蘭成形兩個(gè)方面介紹了新的鍛件設(shè)計(jì)制造技術(shù)，為汽車半軸自動(dòng)化鍛件的新技術(shù)推廣提供參考。
關(guān)鍵詞：半軸;汽車;鍛件;法蘭
大多數(shù)汽車運(yùn)轉(zhuǎn)過程的驅(qū)動(dòng)部件是半軸，其主要功能是傳遞汽車的扭矩。行駛中的汽車，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)將扭矩通過傳動(dòng)器傳遞給半軸，再由半軸傳至汽車車輪，是汽車前進(jìn)和后退過程的主要?jiǎng)恿碓?。汽車在啟?dòng)過程和爬坡的時(shí)候往往具有較大的扭矩，汽車的緊急制動(dòng)及處于不平坦道路時(shí)的扭矩變化也較大。這是由于半軸在汽車運(yùn)行過程中需要承受多種性質(zhì)不同的力的作用，這種特征就要求半軸材質(zhì)需要達(dá)到要求的抗彎強(qiáng)度與抗剪強(qiáng)度，并且其韌性也需要滿足條件。當(dāng)前情況下傳統(tǒng)的半軸工藝已經(jīng)難以適應(yīng)市場(chǎng)需求。汽車半軸的生產(chǎn)需要不斷融入新技術(shù)、新工藝。
一、汽車半軸鍛造工藝方案分析
在汽車的所有軸類鍛件中，汽車半軸是最為典型的長(zhǎng)軸類鍛件，半軸是一種實(shí)心軸，在軸類鍛件中承受著最大的扭矩，其在驅(qū)動(dòng)輪和差速器間發(fā)揮傳遞扭矩的作用，半軸內(nèi)部通過花鍵與半軸齒輪相接，半軸外端則與輪轂連接，由于汽車半軸具有傳動(dòng)性的屬性，這就需要半軸具備必要的強(qiáng)度與剛度。擺輾機(jī)垂直壓緊、松開液壓缸結(jié)構(gòu)，將半軸桿部緊緊的壓入模槽內(nèi)，桿部不會(huì)有金屬物質(zhì)的流進(jìn)，桿部不會(huì)在軸向上發(fā)生滑動(dòng)，可以使法蘭滿足需要的厚度與長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)。新的擺輾工藝能夠很大程度上消除掉舊工藝桿部因自由鍛而容易出現(xiàn)的折疊、壓痕等常見缺陷，進(jìn)而使得半軸的質(zhì)量得不到有效保證。
二、半軸制坯
（一）工藝分析汽車法蘭盤件中最為典型的組件便是半軸，鍛件頭部大小與桿部直徑差別巨大，半軸頭部的直徑為Φ141mm，桿部直徑為Φ40mm，這就需要得到合理的毛坯形狀。采用直徑為Φ40mm的棒料對(duì)法蘭盤進(jìn)行部分聚料，而后對(duì)法蘭盤進(jìn)行擺輾過程。采用這種制坯工藝要用到鋸床、液壓機(jī)，實(shí)際應(yīng)用較為廣泛。汽車半軸鍛件常用的材料是40Cr，法蘭盤體積等同于半軸桿部直徑40mm、長(zhǎng)度為151mm的棒料，長(zhǎng)徑比值為3.8。當(dāng)長(zhǎng)徑比大于2.5的時(shí)候，只是簡(jiǎn)單的自由鐓粗，極易出現(xiàn)失穩(wěn)缺陷。在目前情況下，更多的采用局部約束方式進(jìn)行制坯，整個(gè)制坯過程可以一次工序?qū)崿F(xiàn)，不會(huì)產(chǎn)生折疊裂紋，也能夠滿足后續(xù)流程擺輾成形的各項(xiàng)要求。
（二）擠壓變形過程首先將金屬毛坯放入模具模膛中，并不斷施加壓力，當(dāng)模具上的壓力和下壓速度不斷加大的狀態(tài)下，金屬會(huì)被不斷擠出模膛，最終便可以獲取到想要的鍛件形狀，金屬擠壓件也會(huì)具有特定的力學(xué)性能（圖1）。半軸擠壓制坯模具示意圖見圖2。
三、法蘭成形
（一）回轉(zhuǎn)與壓力中心機(jī)器的回轉(zhuǎn)中心對(duì)應(yīng)有擺頭模具的頂點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，位于頂點(diǎn)水平面中的錐模母線尺寸需要與鍛件圖尺寸相同。不同于往常的鍛壓設(shè)備的冷擠壓成形工藝，采用擺動(dòng)輾壓成形的過程為偏心受力，壓力的傳遞通過圓周邊沿著半徑方向至圓心處。
（二）擺角的選擇擺頭模具軸線與主軸線傾斜夾角稱為擺角。通常情況下，擺角越大，金屬垂直流動(dòng)性就越小，會(huì)有更小的徑向流動(dòng)，以及擺輾力與偏心力矩也會(huì)隨之變小，不過變形量會(huì)隨著擺輾次數(shù)不斷增加。因此，在進(jìn)行冷輾過程時(shí)，擺角可以取1~2°；進(jìn)行熱輾的時(shí)候，擺角通常取值3~5°。鍛件的鉚接過程中，為了使金屬?gòu)较蛄鲃?dòng)加快，擺角取值為4~5°，如圖3所示。圖3回轉(zhuǎn)中心與壓力中心示意圖
（三）每轉(zhuǎn)進(jìn)給量當(dāng)輾壓力較小，即s較小時(shí)，就容易產(chǎn)生上蘑菇效應(yīng)，使鍛件鍛不透，影響鍛件質(zhì)量。一般最小的s值按下式計(jì)算：式中，Smin=每轉(zhuǎn)最小進(jìn)給量（mm）；H=輾壓后工件的高度（mm）；輾壓后工件的半徑（mm）；γ=擺角（°）。
（四）面積接觸率的計(jì)算面積接觸率是擺輾凸模與毛坯接觸面積Ac與毛坯表面積A的比值。本設(shè)計(jì)中，λ的計(jì)算公式均基于圓錐與圓柱平面壓下相交求出的。根據(jù)波蘭馬爾辛尼克教授給出的公式：式中，λ=面積接觸率；S=每轉(zhuǎn)工件進(jìn)給量（mm/r）；R=工件的半徑（mm）；γ=擺角（°）
（五）分模面的選擇在選擇分模面方面，需要兼顧兩方面的內(nèi)容，其一是鍛件可以從模膛中取出，其二是要滿足金屬容易在模膛中充填充分，便于加工制造。新技術(shù)工藝采取開式模，在位于鍛件最大輪廓尺寸的凸模一側(cè)選擇分模面。分模面A-A的選取見圖4所示。
四、結(jié)語
應(yīng)用半軸擺輾的新工藝，能夠更大程度上提升擺輾機(jī)和液壓機(jī)構(gòu)成的擺輾機(jī)組工作效力。在實(shí)際生產(chǎn)中，需要結(jié)合擺輾自身的工藝特征，選擇分模面時(shí)確保鍛件易于從模膛中拿出的先決要素，同時(shí)要在模膛中容易填充滿金屬，整個(gè)加工流程較為便捷。同時(shí)由于擺動(dòng)輾壓變形主要是通過局部接觸進(jìn)行加壓，很大程度上減小了接觸面積和單位面積上的壓力。
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作者：張春祥 劉磊 李健韜 單位：洪澤縣汽車半軸制造有限公司
