淺析汽車等速傳動軸外星輪鍛件精鍛工藝

汽車傳動軸是車輪轉(zhuǎn)動的直接驅(qū)動件，汽車運行時發(fā)動機輸出扭矩，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，從而推動汽車前進或倒行，所以傳動軸是汽車傳遞扭矩的一個重要零件。外星輪作為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。
 

外星輪是汽車零部件中最難以成形的部件之一，目前我國生產(chǎn)的外星輪仍然存在加工余量大且不均勻、鍛件熱成形充不滿、材料利用率低、使得外星輪生產(chǎn)質(zhì)量得到控制。
 

外星輪冷溫鍛的生產(chǎn)特點
 

外星輪精鍛件在冷溫鍛中的生產(chǎn)，包括下料→在機械壓力機上生產(chǎn)預(yù)成形溫鍛件毛坯→在液壓機上冷精整成形獲得具有球形型腔和曲線滾珠球道的外星輪精鍛件，其球形內(nèi)表面和滾珠球道內(nèi)表面僅留約0.2mm的磨削余量，如圖1所示。

圖1 外星輪精鍛件

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。

而在采用鋸切或精密剪切的方式下料時，坯料的重量公差可控制在名義重量的±1%，坯料的長度和直徑比可保證在1.2～2.3之間；坯料在中頻加熱爐需加熱到850～940℃，在20MN溫鍛壓力機上采用四個工位的模具型腔來進行四工步溫鍛成形。

圖2 外星輪冷精整模具總體結(jié)構(gòu)

外星輪冷溫鍛精鍛件的尺寸

外星輪精鍛件主要尺寸見表1。

表1 外星輪精鍛件主要尺寸 (單位：mm)

外星輪冷精整的模具設(shè)計

冷精整沖頭主要尺寸設(shè)計基本等同冷精整鍛件尺寸，但由于其關(guān)鍵尺寸設(shè)計，冷精整時會出現(xiàn)鍛件回彈變形，故球道鋼球直徑應(yīng)比精鍛件尺寸大0.08～0.12mm，而球道輪廓直徑應(yīng)比精鍛件尺寸大0.18～0.22mm。

冷精整模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計需要滿足冷精整壓機設(shè)備參數(shù)、鍛件脫模方式等要求，圖2為液壓機采用芯軸、冷精整沖頭割槽收縮及卸料塊脫模的結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖。

外星輪溫鍛件設(shè)計及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

外星輪溫鍛件主要尺寸如表2所示。

表2 外星輪溫鍛件（圖3）主要尺寸 (單位：mm)

影響外星輪冷精整變形量的溫鍛件關(guān)鍵尺寸設(shè)計

影響外星輪冷精整變形量的溫鍛件毛坯頭部（圖4所示B部分）關(guān)鍵尺寸為：冷精整頭部變形開始點與球面中心線夾角θ成12°～15°，頭部變形角α為12°～15°，此溫鍛件可在液壓機上冷精整成形獲得具有具有球形型腔和曲線滾珠球道的外星輪精鍛件，同一種節(jié)型產(chǎn)品的溫鍛件，采用不同的θ和α設(shè)計，根據(jù)DEFORM-3D模擬結(jié)果（圖5），對冷精整時擠壓力有較大的影響，如設(shè)計不當(dāng)，在冷精整生產(chǎn)時，會導(dǎo)致冷精整沖頭的異常斷裂（圖6），在改善溫鍛件θ和α設(shè)計后，此問題得到解決，沒有再出現(xiàn)冷精整沖頭異常斷裂的問題。

圖3 外星輪溫鍛件

圖4 溫鍛件毛坯圖

溫鍛模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

在20MN溫鍛壓力機上采用四個工位模具型腔進行四工步溫鍛成形，如圖7所示。

圖5 DEFORM-3D模擬冷精整擠壓力

圖6 冷精整沖頭異常斷裂

圖7 四工步成形溫鍛模具結(jié)構(gòu)圖

1-第一工步?jīng)_頭 2-第一工步凹模 3-第一工步溫鍛坯料4-第二工步?jīng)_頭 5-第二工步凹模 6-第二工步溫鍛坯料7-第三工步溫鍛坯料 8-第三工步凹模 9-第三工步?jīng)_頭10-第四工步溫鍛件 11-第四工步凹模 12-第四工步?jīng)_頭
 

結(jié)論

本文主要粗淺的闡述了外星輪冷溫鍛鍛件主要尺寸設(shè)計及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計。對影響外星輪冷精整擠壓力的溫鍛件毛坯頭部關(guān)鍵尺寸θ和α進行設(shè)計及優(yōu)化，通過DEFORM-3D模擬和生產(chǎn)驗證，對解決類似冷精整沖頭異常斷裂的問題有一定的借鑒意義。