轎車等速傳動軸精密鍛件皂化工藝研究

王德林，陸有根，吳 兵

（上海納鐵福傳動系統(tǒng)有限公司 制造工程部，上海 201315）

隨著人類科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對大自然的改造能力有了翻天覆地的改變。但到了二十一世紀，環(huán)保成為世界各國的首要課題。在制造業(yè)方面，企業(yè)不但要生產(chǎn)不損害環(huán)境的產(chǎn)品，同時也要保證在生產(chǎn)過程中盡量節(jié)省資源，少產(chǎn)生污染。

在這種背景下，轎車等速傳動軸行業(yè)在上世紀80年代就開始用溫鍛+冷精整工藝取代熱鍛，將等速節(jié)零件的球道直接鍛造出來，或只留硬加工的余量，大量節(jié)省能源和材料。上世紀90年代以后，又對溫鍛+冷精整工藝中的模具潤滑材料進行了改進，用合成材料代替石墨作為溫鍛的模具潤滑劑，用淋油工藝代替磷皂化作為冷精整前處理，極大減少排放和能源消耗[1]。到了二十一世紀，日本開始探索改進原有的磷皂化工藝，取消高污染的酸洗、磷化工藝，開發(fā)特殊的環(huán)保皂化材料直接覆涂在工件表面，作為冷精整前處理，減少淋油過程中油霧的排放和相對惡劣的工作環(huán)境，并且取消冷精整后進行的清洗防銹道序，大量節(jié)省能源和減少排放。2005年后，此項技術(shù)開始正式在日本國內(nèi)生產(chǎn)中使用，形成穩(wěn)定的皂化產(chǎn)品，并在其他工業(yè)領(lǐng)域迅速擴展開。

上海納鐵福傳動系統(tǒng)有限公司現(xiàn)有4條全自動精密鍛造生產(chǎn)線，年產(chǎn)轎車等速傳動軸精密鍛件2000萬件，總結(jié)國內(nèi)的磷皂化工藝及借鑒國外先進的皂化工藝，開發(fā)出適合上海納鐵福傳動系統(tǒng)有限公司轎車等速傳動軸精密鍛件的皂化生產(chǎn)線及皂化工藝，在排放，能源節(jié)省和效率方面大大領(lǐng)先于日本同行。現(xiàn)已發(fā)展才為成熟的皂化工藝。在環(huán)保方面，模具壽命，生產(chǎn)成本方面也取得了很好的效果。

1 工藝分析及生產(chǎn)線組成

1.1 工藝分析

如圖1中所示，該兩類精密鍛件為典型的轎車等速傳動軸零件，均為中碳合金鋼，內(nèi)腔形狀比較復(fù)雜，圖1中左邊外星輪溫鍛件經(jīng)冷精整變形后，內(nèi)腔表面經(jīng)一道磨削工序就達到最終產(chǎn)品要求；圖1中右邊三銷軸叉溫鍛件經(jīng)冷精整變形后，內(nèi)外腔表面直接達到最終產(chǎn)品要求。以上兩類鍛件經(jīng)冷精整變形后頭部尺寸精度要求高，對冷精整變形前頭部的潤滑處理提出更高要求。

圖1 典型零件圖

1.2 生產(chǎn)線組成

如圖2所示，該設(shè)備專門為轎車等速傳動軸精密鍛件全自動皂化而開發(fā)的。整體機型尺寸：4600（L）×1500（W）×2340（H）mm,整體功率為 90kW，工作節(jié)拍12S/2件。該全自動皂化機通過不斷的攪拌皂化液,能夠使皂化液均勻的涂附在溫鍛件表面；并應(yīng)用空氣射流泵抽干工件內(nèi)的皂化液,在整個皂化過程中精密鍛件不必翻轉(zhuǎn)，使整臺設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，造價低。只需經(jīng)過簡單的皂化液噴淋、抽液、熱風干三個步驟就能達到鍛件表面皂化目的。在使用過程中做到皂化液無廢液排放，工作環(huán)境得到極大改善。

圖2 全自動皂化生產(chǎn)線

2 影響皂化的因素

結(jié)合國內(nèi)外皂化在冷精整成形工藝中的應(yīng)用情況以及本公司四年來的冷鍛件皂化生產(chǎn)經(jīng)驗，作者認為以下幾個方面會影響冷鍛件皂化質(zhì)量。

（1）精鍛件表面質(zhì)量。鍛件表面質(zhì)量是保證鍛件皂化后形成皂化膜質(zhì)量好壞的關(guān)鍵指標之一。鍛件皂化前，鍛件表面要去除油污，灰塵等雜質(zhì)。因此，鍛件皂化前應(yīng)該拋丸，直至鍛件表面呈金屬色為止。

（2）濃度。皂化液濃度必須達到臨界皂化濃度才能進入皂化膜的增長期。而且，皂化液濃度必須均勻，這樣有利于成膜均勻。從而在冷精整時，受力均勻，有利于延長模具壽命。

（3）時間。皂化膜重量隨著時間延長而急劇增加，但是在完全成膜以后，皂化膜將變得疏松而易脫落。因此選擇皂化時間應(yīng)根據(jù)實際情況而定。

（4）溫度。皂化溫度對成膜的影響很特別，不同于一般的化學(xué)反應(yīng)。首先在中溫段（60～70℃），皂化隨溫度的增長幅度大于常規(guī)反應(yīng)的2～3倍/10℃，其次在高溫段（75～90℃），皂化反應(yīng)急劇下降。這是因為在溫度小于50℃時，溶液黏度很大，甚至乳濁。隨溫度升高，黏度下降，至70℃時，基本上和水一樣。因此在60℃左右時，由于溶液有一定的黏度，皂化反應(yīng)過程將受擴散控制，在4min以內(nèi)，皂化很不完全[2]。但是，不同的皂化成份，會出現(xiàn)不同的適宜皂化的溫度范圍。

（5）PH值。PH值過低，鈉皂被中和而使皂液濃度下降。因此，PH值的影響作用可歸于濃度對皂化的影響。城市用水和純凈水作為皂化液的稀釋劑會對皂化結(jié)果產(chǎn)生不同的影響。

3 工藝試驗

3.1 試驗條件

根據(jù)工藝要求制造具有皂化液噴淋、抽液、熱風干功能的皂化機，并準備皂化液、自來水、純凈水、皂化液濃度測定儀等。

3.2 試驗方案

根據(jù)溫鍛件表面質(zhì)量、皂化液濃度、皂化液溫度、皂化時間、抽液時間、熱風溫度、水的PH值等參數(shù)變化，分別做冷精整前皂化處理，并進行冷精整，然后跟蹤分析鍛件質(zhì)量和模具壽命。

3.3 試驗過程

3.4 試驗評價

根據(jù)以上試驗方案，應(yīng)用不同的工藝參數(shù)對近100萬溫鍛件進行皂化、冷精整，然后跟蹤并分析鍛件表面質(zhì)量和模具壽命。試驗結(jié)果表明：自來水作為皂化液的稀釋劑，因其含有CL-等雜質(zhì)，冷精整之后鍛件很容易生銹，而純凈水作為皂化液的稀釋劑，不會出現(xiàn)這個問題；鍛件表面皂化膜成形后，該皂化膜不能太厚也不能太薄，皂化膜太厚，容易使皂化膜脫落，皂化膜太薄，達不到潤滑效果，本試驗顯示皂化液濃度在5～8%時，皂化膜厚薄比較均勻，潤滑效果最好；鍛件表面皂化后，其表面必須干燥，如果鍛件表面是潮濕的，說明皂化膜沒有完全形成，從而也達不到好的潤滑效果，本試驗方案采用140～180℃的熱風吹5～9s，皂化膜附著均勻并干燥，達到使用要求。

4 結(jié)論

轎車等速傳動軸精密鍛件冷精整后精鍛件質(zhì)量不穩(wěn)定和模具壽命不穩(wěn)定主要是由于皂化膜厚薄不均勻引起的，提高模具壽命及減少不合格精鍛件的出現(xiàn)，關(guān)鍵在于控制冷精整前的皂化質(zhì)量。

加強對皂化工藝的控制，掌握正確的皂化方法和合理的皂化工藝，是提高皂化質(zhì)量最有效的方法。采用溫鍛件拋丸，皂化液和純凈水混合后的濃度達到5～8%，皂化液溫度達到68～75℃，皂化時間達到10～18s，抽液時間達到5～9s，熱風溫度達到140～180℃時，這一皂化工藝，經(jīng)過1000多萬件精密鍛件皂化驗證，采用該皂化工藝能夠降低摩擦系數(shù)，提高模具使用壽命，又能保證精密鍛件質(zhì)量，現(xiàn)在該皂化工藝已經(jīng)成功應(yīng)用于上海納鐵福轉(zhuǎn)動系統(tǒng)有限公司冷精整皂化生產(chǎn)線大批量生產(chǎn)中。

[1] 王德林，陸有根，吳 兵.溫、冷精鍛復(fù)合成形技術(shù)應(yīng)用及其發(fā)展趨勢[J].熱加工工藝，2013，42（5）107-110.

[2] 王家安，趙振鋒，王加蓮.磷化-皂化處理在低碳鋼冷擠壓工藝中的應(yīng)用.鍛造與沖壓，2005，（9）：54-56.