汽車等速傳動軸三銷軸叉鍛件精鍛工藝淺析

文／楊金成，喻擎天，徐巍，韓圓夢·上海納鐵福傳動系統(tǒng)有限公司武漢二廠

汽車傳動軸是車輪轉(zhuǎn)動的直接驅(qū)動件，汽車運(yùn)行時，發(fā)動機(jī)輸出的扭矩，經(jīng)過多級變速和主動器傳遞給傳動軸，再由傳動軸傳遞到車輪上，推動汽車前進(jìn)或倒行，因此傳動軸是汽車傳遞扭矩的一個重要零件。三銷軸叉是汽車傳動軸的主要受力部件，工作情況及其復(fù)雜，它的性能優(yōu)劣直接影響汽車傳動的安全性和可靠性，三銷軸叉鍛件也是汽車零部件中最難以成形的部件之一，而且三銷軸叉球道內(nèi)腔機(jī)加工困難，所以要求三銷軸叉精鍛件杯壁內(nèi)腔尺寸精度高、表面質(zhì)量好、可以不再機(jī)加工。

三銷軸叉冷溫鍛生產(chǎn)特點(diǎn)、鍛件設(shè)計及模具設(shè)計

典型溫冷聯(lián)合成形工藝流程(以汽車等速萬向節(jié)三銷軸叉精鍛件為例)：下料→拋丸→預(yù)涂石墨→感應(yīng)加熱→正擠柄部→鐓粗預(yù)成形頭部型腔→反擠成形溫鍛件毛坯→控溫冷卻→拋丸→皂化→冷精整(縮徑冷擠壓)。

三銷軸叉冷溫鍛生產(chǎn)的特點(diǎn)

三銷軸叉精鍛件冷溫鍛生產(chǎn)的特點(diǎn)，包括下料，在機(jī)械壓力機(jī)上溫鍛生產(chǎn)預(yù)成形溫鍛件毛坯，在壓力機(jī)上冷精整成形獲得具有符合三銷軸叉產(chǎn)品圖要求的精鍛件的鍛造成形方法，其球道內(nèi)腔尺寸只補(bǔ)償后工序熱處理變形量，不再進(jìn)行機(jī)加工。

溫鍛避免了熱鍛產(chǎn)生較多氧化、脫碳，又避免了冷鍛時較大的金屬變形抗力，冷精整可以得到高精度、高表面質(zhì)量的精密鍛件, 采用溫鍛制坯然后再冷精整最終成形的加工工藝，就是溫鍛-冷精整聯(lián)合成形工藝。

采用鋸切或精密剪切方式下料，坯料的重量公差控制在名義重量的±1%，坯料的長度和直徑比保證在1.2～2.3之間。坯料在中頻加熱爐加熱到850～940℃，在20MN溫鍛壓力機(jī)上采用四個工位的模具型腔進(jìn)行四工步溫鍛成形，鋼的溫鍛溫度范圍如圖1所示。

三銷軸叉冷溫鍛生產(chǎn)精鍛件設(shè)計

三銷軸叉精鍛件的(圖2)主要尺寸設(shè)計見表1。

三銷軸叉溫鍛件設(shè)計及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

⑴三銷軸叉溫鍛件（圖3）主要尺寸設(shè)計見表2。

⑵溫鍛模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。

在20MN溫鍛壓力機(jī)上采用四個工位模具型腔進(jìn)行四工步溫鍛成形(圖4)。

影響三銷軸叉冷精整冷擠壓力的溫鍛件關(guān)鍵尺寸設(shè)計

在實(shí)際生產(chǎn)中，如果三銷軸叉溫鍛件毛坯設(shè)計不當(dāng)，在冷精整頭部型腔時，會由于冷擠壓力過大導(dǎo)致型腔底部產(chǎn)生裂紋，如在生產(chǎn)大節(jié)型的精鍛件時均出現(xiàn)過此類缺陷。

表2 三銷軸叉溫鍛件主要尺寸

⑴溫鍛件毛坯在冷精整起始點(diǎn)位置的尺寸形狀設(shè)計。

冷精整變形量起始點(diǎn)的碗底溫鍛件毛坯采用原來的設(shè)計方法。

從P.C.D 碗底基準(zhǔn)平面BOTTOM 開始，向上有高度為5mm左右的6°拔模斜面（圖6），一直延伸到鍛件碗底厚度處平面。

為降低冷精整時三銷軸叉冷擠壓力，更改其設(shè)計方法為。

1)球面外側(cè)處a：從P.C.D碗底基準(zhǔn)平面BOTTOM開始，向上有高度為7.5mm左右的14°拔模斜面(圖7)，從P.C.D 碗底基準(zhǔn)平面BOTTOM開始到鍛件碗底厚度平面處沒有斜度，為直線段；(加大拔模斜度后，此處尺寸小于冷精整凹模型腔尺寸)。

2)球道外側(cè)處θ：從P.C.D碗底基準(zhǔn)平面BOTTOM開始，向上有高度為7.5mm左右的9°拔模斜面(圖2)，從P.C.D碗底基準(zhǔn)平面BOTTOM 開始到鍛件碗底厚度平面處沒有斜度，為直線段；(加大拔模斜度后，此處尺寸小于冷精整凹模型腔尺寸)。

3)頭部大外圓γ：從P.C.D 碗底基準(zhǔn)平面BOTTOM開始，向上有高度為7.5mm左右的11°拔模斜面(圖2)，從P.C.D碗底基準(zhǔn)平面BOTTOM開始到鍛件碗底厚度平面處沒有斜度，為直線段；(加大拔模斜度后，此處尺寸小于冷精整凹模型腔尺寸)。

⑵鍛造成形模擬 DEOFORM-3D軟件模擬。

用鍛造成形模擬 DEOFORM-3D軟件模擬,原設(shè)計冷精整碗底部位冷擠壓力載荷為553kN(圖8),改善設(shè)計后最大冷擠壓力載荷為478kN(圖9),最大冷擠壓力載荷降低了13.5%，對避免冷精整時鍛件碗底出現(xiàn)裂紋及提高壽命都有直接影響，在某大節(jié)型鍛件設(shè)計應(yīng)用，改善設(shè)計后，到目前為止還沒有發(fā)現(xiàn)冷精整生產(chǎn)時有裂紋件產(chǎn)生。

結(jié)束語

⑴本文主要闡述了三銷軸叉冷溫鍛鍛件的主要尺寸設(shè)計及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計。

⑵對冷精整擠壓力的溫鍛件毛坯在冷精整起始點(diǎn)位置的尺寸形狀設(shè)計及影響，通過DEFORM-3D模擬和生產(chǎn)驗(yàn)證，為解決類似冷精整裂紋的問題有一定的借鑒意義。