重型花鍵軸鍛件的模具設計與工藝創新實踐

文／倪金傳，胡偉，戚利明，俞華松·萬向錢潮傳動軸有限公司

重型花鍵軸(圖1)是一種機械傳動零件，主要用作重型汽車、大型工程機械上的動力傳動軸。基于重型花鍵軸鍛件重量大、柄部長的特點，通常采用對棒料整體加熱后，使用1000t 摩擦壓力機整體式大模具(圖2)鍛打成形的生產工藝。按此傳統生產工藝，存在人員配置多、模具耗材多、勞動強度大、電力耗用大等諸多難題，造成鍛件成本居高不下。

圖1 重型花鍵軸鍛件三維圖

圖2 整體式大模具三維圖

工藝創新概況

在激烈的市場競爭環境下，公司內部重點圍繞“提質增效，節能降耗”工作，持續降低制造成本，為客戶提供滿意的產品與服務。針對重型花鍵軸鍛件的制造，重點策劃了1000t 電動螺旋壓力機生產線，把原先工藝中使用中頻加熱爐對棒料整體加熱改為使用局部加熱爐對棒料端部加熱，使用1000t 電動螺旋壓力機直接鍛打成形。按照新的生產工藝方案，依然存在勞動強度大、棒料長且設備行程不夠、依靠普通鉗子無法搬運、不容易放入模具中等諸多難題。

為此，針對設備行程不夠的問題，專門設計制造了開合式機械鎖緊裝置及自動化電氣控制系統；為了減輕員工勞動強度，專門設計制造了單臂行吊和重型花鍵軸專用自動鎖緊鉗子；根據重型花鍵軸鍛件的尺寸及機械鎖緊裝置的內徑尺寸，研發出開式模具并將其直接安裝在機械鎖緊裝置內。

通過機械設備與裝置、自動化電氣控制系統、開式模具設計等諸多創新實踐，棒料通過局部加熱爐的加熱后，操作工使用專用自動鎖緊鉗子和單臂行吊可以從側向輕松將棒料送進模具中，然后機械鎖緊裝置自動閉合鎖緊，鍛造成形后自動打開，操作工再次使用專用自動鎖緊鉗子和單臂行吊將鍛件取出并放入料筐內，成功實現重型花鍵軸在1000t 電動螺旋壓力機上的生產鍛造。

四項技術創新

開合式機械鎖緊裝置及自動化電氣控制系統

重型花鍵軸鍛件重量大、柄部長，現有設備行程高度不夠，根據1000t電動螺旋壓力機工作臺面大小，專門設計制造出開合式機械鎖緊裝置(圖3)。

圖3 開合式機械鎖緊裝置結構圖

依靠自動化電氣控制系統，實現了循環自動鎖緊鍛打：操作工從側向將加熱后的棒料放進鎖緊裝置后，氣缸自動關閉鎖緊；當設備運轉制坯完成且滑塊回到上死點時，鎖緊裝置自動解鎖松開，此時可以從側向取出鍛件。

通過開合式鎖緊裝置及自動化電氣控制系統的技術創新，徹底解決了設備行程不夠，棒料無法整體放入封閉模具，以及鍛打完成后鍛件難以取出和勞動強度大等難題。

鍛造取料的單臂行吊

重型花鍵軸的下料重量通常在10～40公斤/件，棒料完成局部加熱后，單純依靠人力無法送料到鍛造工位。為此，專門設計制造出單臂行吊，具體是由槽鋼架子配置可手動控制高度并自動滑動的氣動葫蘆組成(圖4)。

圖4 單臂行吊結構圖

伴隨單臂行吊的投入使用，被夾取著的棒料可以上下調整、前后移動，解決了單純依靠人力無法送料的難題，鍛件的取出入筐也一樣輕松。

專用自動鎖緊鉗子

在實際生產過程中，棒料完成局部加熱后，傳統結構的鉗子根本無法夾緊棒料。為此，根據最大下料直徑和重量，設計出重型花鍵軸專用的自動鎖緊鉗子(圖5)。

圖5 自動鎖緊鉗子結構圖

通過重型花鍵軸專用自動鎖緊鉗子的創新設計，鉗子夾住棒料后會自動鎖緊，可以輕松地送料到鍛造工位，解決了單靠人工無法送料及勞動強度大的難題。

開式模具的設計研發

根據重型花鍵軸鍛件的尺寸及機械鎖緊裝置的內徑尺寸，將開式模具設計成左右二側均等的兩個部分，如圖6 所示。

圖6 開式模具三維圖

通過開式模具上的創新設計，與開合式機械鎖緊裝置配合，將棒料放進模具后鎖緊裝置自動閉合，鍛打成形后自動打開，不僅解決了設備行程不夠的問題，同時大大降低了重型花鍵軸模具制造的材料成本。

結束語

通過重型花鍵軸在1000t 電動螺旋壓力機上的鍛壓制造與工藝創新實踐，原棒料由整體加熱改為只需局部加熱，電力成本下降66.5%；原生產人員配置為5 名，現生產人員只需配置2 名，人工成本下降60%；采用整體模具設計，模具材料需要300 公斤/套，而采用開式模具設計，模具材料成本下降83.3%；另外，整體模具需要設計脫模斜度，而采用開式模具后可節約下料重量0.3 ～0.5 公斤/件。通過此次技術改造升級，總共可為公司年節約電費、人工成本、原材料及模具費等成本達79.68 余萬元。