文／楊金成·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動的直接驅動件，汽車運行時，發(fā)動機輸出的扭矩經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，推動汽車前進或倒行，是汽車傳遞扭矩的重要零件。外星輪是汽車傳動軸的主要受力部件，工作情況及其復雜，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，目前我國生產的外星輪鍛件仍然存在加工余量大且不均勻、折疊、裂紋、充不滿等缺陷，本文就外星輪鍛件溫鍛生產過程中產生的折疊缺陷，進行原因分析及提出相應的解決方法。

外星輪冷溫鍛生產的特點

外星輪精鍛件冷溫鍛生產的特點，包括下料，在機械壓力機上溫鍛生產預成形溫鍛件毛坯，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汽車等速傳動軸外星輪精鍛件的鍛造成形方法，其球形內表面和滾珠球道內表面僅留約0.2mm 的磨削余量。

溫鍛避免了熱鍛產生較多氧化、脫碳的現(xiàn)象，又避免了冷鍛時較大金屬變形抗力的影響。冷精整可以得到高精度、高表面質量的精密鍛件,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。典型溫冷聯(lián)合成形工藝流程(以汽車等速萬向節(jié)外星輪精鍛件為例)為：下料→拋丸→預涂石墨→感應加熱→正擠柄部→鐓粗預成形頭部型腔→反擠成形溫鍛件毛坯→控溫冷卻→拋丸→皂化→冷精整(縮頸冷擠壓)。

折疊是鋼材在溫鍛成形過程中已氧化的表層金屬對流匯合在一起形成的，原因是變形金屬發(fā)生彎曲、回流或者部分金屬被壓入到另一部分金屬內。

外星輪鍛件的折疊缺陷案例分析

剪切下料坯料端面毛刺導致折疊

⑴問題描述：圖1 為外星輪鍛件碗口折疊缺陷，是剪切下料的坯料端面毛刺大(圖2)，溫鍛成形過程中流入外星輪鍛件碗口斜面導致的。

⑵解決措施：端面毛刺主要是剪切間隙過小，上下裂紋不重合所致，需要在剪切落料時調整刀片間隙，剪切刀片設計成合適的刃口尺寸等。

圖1 外星輪鍛件碗口折疊

圖2 剪切下料的坯料端面毛刺大

圖3 外星輪鍛件碗口折疊

圖4 一、二工位碗口端面毛刺超高

溫鍛時坯料端面毛刺大導致折疊

⑴問題描述：圖3 為外星輪鍛件碗口折疊缺陷，是一、二工位在溫鍛成形過程中坯料端面毛刺大(圖4)，溫鍛成形過程中流入四工位外星輪鍛件碗口斜面導致的。

⑵解決措施：通過調整合適的成形工步坯料尺寸設計，合適的沖頭、凹模間隙以及檢查和調整預涂石墨濃度，檢查、更換一、二工位沖頭等，可避免坯料端面毛刺大問題的產生。

短柄外星輪鍛件溫鍛生產折疊問題

根據(jù)內螺紋外星輪產品圖(圖5)，此類外星輪精鍛件柄部長度較短，約在40mm(圖6)，常規(guī)設計外星輪短柄鍛件圖主要尺寸見表1。

表1 常規(guī)設計外星輪短柄鍛件圖主要尺寸

圖5 外星輪產品圖示意圖

圖6 常規(guī)設計外星輪短柄鍛件圖

⑴問題描述：在溫鍛多工位自動化線生產的必要條件，就是步進梁機械臂夾爪能夠將上一工序的坯料精確送入下一工序模具型腔內(圖7)。在工藝設計中，有意將下一工序的?？自O計得比上一工序大一點 ，使上一工序的坯料能順利送入下一工序?？?，但這個間隙不能設計的很大，一般為0.1 ～0.2mm。理論上，步進梁機械臂的空間送料精度為0.1 ～0.2mm，正好可以滿足送料要求；但實際上，頂料桿將坯料頂出模具型腔會站立不穩(wěn)，機械臂夾爪夾持坯料時，經常會發(fā)生歪斜；另外，步進梁自動化機械手在長期使用后會產生送料精度下降和送料抖動、夾爪中心偏等問題，這都可能引起送料失敗。特別是外星輪短柄鍛件產品，溫鍛生產時出現(xiàn)折疊(圖8)，每月報廢較多，廢品率在2%左右，且存在缺陷流出導致客戶抱怨投訴的風險，同時溫鍛生產節(jié)拍也受限制，為18 次/分鐘。

⑵解決措施。

1)根據(jù)短柄鍛件溫鍛生產特點，優(yōu)化鍛件圖設計：在柄部端面設計φ25mm×2mm 左右沉孔(圖9中1 處)，使坯料在頂出模具型腔時能夠站穩(wěn)在頂料桿上不發(fā)生歪斜，使機械臂夾爪正常夾持送料。

圖8 短柄外星輪精鍛件折疊

2)在柄部與碗底過渡處設計一個較大錐度12mm×30°導向斜面(圖9中2處)，使坯料在傳送過程中，即使發(fā)生些許歪斜，也能夠在錐度的引導下順利入模(圖10)。

更改設計后的短柄外星輪鍛件溫鍛模具圖如圖11 所示，經生產驗證，溫鍛生產時出現(xiàn)鍛件折疊，廢品率由2%降到0.01%，同時溫鍛生產節(jié)拍由18次/分鐘提升至20 ～21 次/分鐘。

圖9 優(yōu)化設計后外星輪短柄鍛件圖

圖10 坯料自動送料發(fā)生歪斜時的入模示意圖

圖11 優(yōu)化設計后外星輪短柄鍛件模具圖

結論

本文主要闡述了外星輪冷溫鍛鍛件生產過程中常出現(xiàn)的折疊問題及解決措施。在我們的在實際生產過程中，鋼材坯料問題、鍛件成形設計各工位坯料形狀的不同、設備精度等，都可能是造成溫鍛出現(xiàn)折疊缺陷的因素，通過我們不斷的工藝驗證以及經驗總結，針對不同的折疊現(xiàn)象進行綜合分析，才能針對折疊產生的真正原因找對方向，進行有效的工藝驗證，進而提高生產效率，降低折疊廢品率及生產成本。