汽車變速箱中間軸的冷鍛成形

文/桂安朋·一汽鍛造（吉林）有限公司

汽車變速箱中間軸的冷鍛成形

文/桂安朋·一汽鍛造（吉林）有限公司

中間軸是用在轎車變速箱上的一種傳動軸，其材料為20CrMnTiH，左側(cè)有一個臺階，兩端均有縮徑。如果采用常規(guī)機(jī)械切削方法對其進(jìn)行加工，材料利用率比較低，工作效率也很低，難以滿足客戶需求。采用冷鍛工藝成形該中間軸，成形零件精度高，機(jī)械加工量小，可滿足用戶的要求。

設(shè)計中間軸冷鍛鍛件圖

該零件結(jié)構(gòu)為軸對稱結(jié)構(gòu)，退火狀態(tài)下的硬度為140～170HB，強(qiáng)度不高，除左側(cè)大臺階外，其余變形抗力不大；但其右側(cè)有3處凹槽不適合鐓擠成形，應(yīng)留有后續(xù)機(jī)加工余量以保證其精度；技術(shù)要求的尺寸精度和表面粗糙度要求一般，冷鍛零件的表面粗糙Ra度可達(dá)0.4～0.8μm，公差等級在IT8～I(xiàn)T7之間，故冷鍛工藝完全可滿足該零件的各項要求。按冷鍛工藝要求和零件形狀設(shè)計的鍛件圖，如圖2所示。

中間軸冷鍛成形工藝及模擬成形

冷鍛工藝方案

觀察中間軸鍛件圖，中間臺階直徑為φ80.5mm，兩端最小直徑分別為φ42mm和φ37mm，兩端均有變形，應(yīng)采用開式擠壓。若采用φ80.5mm毛坯一次成形，由直徑φ80.5mm變?yōu)棣?7mm，斷面縮減率為78.9% ，在開式擠壓中，這么大的擠壓比會造成棒料中間鼓脹，兩端縮徑不能成形，且易產(chǎn)生裂紋，采用其他直徑的棒料一次成形也非常困難。所以經(jīng)過計算和分析將該零件的成形工序分為3步。

第1步，先用φ49mm的坯料將兩端正擠壓出直徑為φ42mm和φ45mm的圓柱，同時采用開式鐓擠方式，將鐓粗部分先聚料到φ55mm，斷面縮減率分別為26.5% 、15.7%。

圖1 中間軸零件圖

圖2 中間軸冷鍛鍛件圖

圖3 中間軸工步圖

圖4 中間軸第1序成形情況

圖5 中間軸第2序成形情況

第2步，再將坯料由φ45mm擠壓到φ42mm，斷面縮減率為12.9% ，將φ49mm和φ55mm同時鐓粗到φ58mm。

第3步，將坯料由φ42mm擠壓到φ37mm，斷面縮減率為22.4% ，同時將φ58mm采用閉式鍛造的方式鐓粗到φ58.5mm和φ80.5mm，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗入口角選擇15°，工步如圖3所示。

成形模擬及成形力

利用模擬軟件驗證以上工藝的可行性。第1序模擬過程中，鍛件成形穩(wěn)定，縮頸成形力在130t左右，聚料鐓粗成形力為280t，成形較好，成形力分配較合理，如圖4所示。

第2序模擬過程中，鍛件成形穩(wěn)定，縮頸成形力在120t左右，聚料鐓粗的成形力為260t，成形較好，成形力分配較合理，如圖5所示。

第3序模擬過程中，鍛件成形穩(wěn)定，縮頸成形力在130t左右，聚料鐓粗的成形力將近960t，成形較好，成形力分配較合理，如圖6所示。

中間軸冷鍛模具結(jié)構(gòu)

生產(chǎn)中我們采用通用冷鍛模架，預(yù)成形和終成形工序的模芯結(jié)構(gòu)簡圖，如圖7所示。凹模結(jié)構(gòu)均采用組合式凹模，凹模與外套采用過盈配合，以施加預(yù)緊力，減少冷鍛時模具開裂。凹模模腔材料一般采用Cr12MoV材料，外套采用5CrNiMo材料，冷鍛沖頭也采用Cr12MoV材料。組合凹模受力較大的地方采用典型的2層預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，受力不大的地方采用單層預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。

圖6 中間軸第3序成形情況及成形力對比

工藝過程及成形情況

汽車中間軸所采用的工藝流程如下：

下料→扒皮→球化退火→拋丸→磷化皂化→三工步冷擠壓成形→等溫正火→機(jī)加工→磁粉探傷→終檢入庫。

下料后對棒料進(jìn)行球化退火，退火后硬度在150～160HB之間。等溫正火后的機(jī)加工主要是加工鍛件右側(cè)的三個凹槽和銑兩個端面及中心孔，冷擠壓后鍛件圖，如圖8所示。

圖7 中間軸冷擠壓模具結(jié)構(gòu)圖

圖8 冷擠壓成形鍛件

結(jié)束語

⑴用冷擠壓工藝生產(chǎn)汽車中間軸鍛件工藝可靠，材料利用率高。

⑵采用AFDEX模擬軟件分析產(chǎn)品成形情況比較接近實際，擠壓后鍛件尺寸穩(wěn)定，表面光潔度高。