汽車等速傳動軸三銷軸叉鍛件精鍛工藝淺析

汽車傳動軸是車輪轉動的直接驅動件,汽車運行時,發動機輸出的扭矩,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,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,工作情況及其復雜,它的性能優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腔機加工困難,所以要求三銷軸叉精鍛件杯壁內腔尺寸精度高、表面質量好、可以不再機加工。

三銷軸叉冷溫鍛生產特點、鍛件設計及模具設計

雅博体育app典型溫冷聯合成形工藝流程(以汽車等速萬向節三銷軸叉精鍛件為例):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(縮徑冷擠壓)。

三銷軸叉冷溫鍛生產的特點

三銷軸叉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,在壓力機上冷精整成形獲得具有符合三銷軸叉產品圖要求的精鍛件的鍛造成形方法,其球道內腔尺寸只補償后工序熱處理變形量,不再進行機加工。

雅博体育app溫鍛避免了熱鍛產生較多氧化、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溫鍛壓力機上采用四個工位的模具型腔進行四工步溫鍛成形,鋼的溫鍛溫度范圍如圖1所示。

三銷軸叉冷溫鍛生產精鍛件設計

雅博体育app三銷軸叉精鍛件的(圖2)主要尺寸設計見表1。

雅博体育app圖1 鋼的溫鍛溫度范圍

三銷軸叉溫鍛件設計及模具結構設計

⑴三銷軸叉溫鍛件(圖3)主要尺寸設計見表2。

圖2 三銷軸叉精鍛件

圖3 三銷軸叉溫鍛件

⑵溫鍛模具總體結構設計。

雅博体育app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(圖4)。

圖4 四工步成形溫鍛模具結構圖

1-第一工步沖頭 2-第一工步凹模 3-第一工步溫鍛坯料 4-第二工步沖頭 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-第三工步沖頭10-第四工步溫鍛件 11-第四工步凹模 12-第四工步沖頭

影響三銷軸叉冷精整冷擠壓力的溫鍛件關鍵尺寸設計

在實際生產中,如果三銷軸叉溫鍛件毛坯設計不當,在冷精整頭部型腔時,會由于冷擠壓力過大導致型腔底部產生裂紋,如在生產大節型的精鍛件時均出現過此類缺陷。

表1 三銷軸叉精鍛件主要尺寸

表2 三銷軸叉溫鍛件主要尺寸

雅博体育app圖5 冷精整精鍛件裂紋

雅博体育app⑴溫鍛件毛坯在冷精整起始點位置的尺寸形狀設計。

冷精整變形量起始點的碗底溫鍛件毛坯采用原來的設計方法。

從P.C.D 碗底基準平面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,更改其設計方法為。

雅博体育app1)球面外側處a:從P.C.D碗底基準平面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)球道外側處θ:從P.C.D碗底基準平面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。

雅博体育app圖6 原冷精整起始點尺寸形狀溫鍛件設計方法

雅博体育app圖7 改善后冷精整起始點尺寸形狀溫鍛件設計方法

用鍛造成形模擬 DEOFORM-3D軟件模擬,原設計冷精整碗底部位冷擠壓力載荷為553kN(圖8),改善設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裂紋及提高壽命都有直接影響,在某大節型鍛件設計應用,改善設計后,到目前為止還沒有發現冷精整生產時有裂紋件產生。

雅博体育app圖8 原設計最大冷擠壓力

雅博体育app圖9 改善設計后最大冷擠壓力

結束語

⑴本文主要闡述了三銷軸叉冷溫鍛鍛件的主要尺寸設計及模具結構設計。

雅博体育app⑵對冷精整擠壓力的溫鍛件毛坯在冷精整起始點位置的尺寸形狀設計及影響,通過DEFORM-3D模擬和生產驗證,為解決類似冷精整裂紋的問題有一定的借鑒意義。

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