汽车半轴自动化锻件生产新技术

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摘要：以前的半轴锻件更多是采用空气锤上的胎模完成锻造，这种传统工艺技术落后，锻件精度和表面质量达不到要求。因此需要不断更新工艺技术，提升半轴自动化锻件的质量，本文以汽车半轴锻造为研究对象，从半轴制坯、法兰成形两个方面介绍了新的锻件设计制造技术，为汽车半轴自动化锻件的新技术推广提供参考。

关键词：半轴;汽车;锻件;法兰

大多数汽车运转过程的驱动部件是半轴，其主要功能是传递汽车的扭矩。行驶中的汽车，汽车发动机会将扭矩通过传动器传递给半轴，再由半轴传至汽车车轮，是汽车前进和后退过程的主要动力来源。汽车在启动过程和爬坡的时候往往具有较大的扭矩，汽车的紧急制动及处于不平坦道路时的扭矩变化也较大。这是由于半轴在汽车运行过程中需要承受多种性质不同的力的作用，这种特征就要求半轴材质需要达到要求的抗弯强度与抗剪强度，并且其韧性也需要满足条件。当前情况下传统的半轴工艺已经难以适应市场需求。汽车半轴的生产需要不断融入新技术、新工艺。

一、汽车半轴锻造工艺方案分析

在汽车的所有轴类锻件中，汽车半轴是最为典型的长轴类锻件，半轴是一种实心轴，在轴类锻件中承受着最大的扭矩，其在驱动轮和差速器间发挥传递扭矩的作用，半轴内部通过花键与半轴齿轮相接，半轴外端则与轮毂连接，由于汽车半轴具有传动性的属性，这就需要半轴具备必要的强度与刚度。摆辗机垂直压紧、松开液压缸结构，将半轴杆部紧紧的压入模槽内，杆部不会有金属物质的流进，杆部不会在轴向上发生滑动，可以使法兰满足需要的厚度与长度标准。新的摆辗工艺能够很大程度上消除掉旧工艺杆部因自由锻而容易出现的折叠、压痕等常见缺陷，进而使得半轴的质量得不到有效保证。

二、半轴制坯

（一）工艺分析汽车法兰盘件中最为典型的组件便是半轴，锻件头部大小与杆部直径差别巨大，半轴头部的直径为Φ141mm，杆部直径为Φ40mm，这就需要得到合理的毛坯形状。采用直径为Φ40mm的棒料对法兰盘进行部分聚料，而后对法兰盘进行摆辗过程。采用这种制坯工艺要用到锯床、液压机，实际应用较为广泛。汽车半轴锻件常用的材料是40Cr，法兰盘体积等同于半轴杆部直径40mm、长度为151mm的棒料，长径比值为3.8。当长径比大于2.5的时候，只是简单的自由镦粗，极易出现失稳缺陷。在目前情况下，更多的采用局部约束方式进行制坯，整个制坯过程可以一次工序实现，不会产生折叠裂纹，也能够满足后续流程摆辗成形的各项要求。

（二）挤压变形过程首先将金属毛坯放入模具模膛中，并不断施加压力，当模具上的压力和下压速度不断加大的状态下，金属会被不断挤出模膛，最终便可以获取到想要的锻件形状，金属挤压件也会具有特定的力学性能（图1）。半轴挤压制坯模具示意图见图2。

三、法兰成形

（一）回转与压力中心机器的回转中心对应有摆头模具的顶点。在此基础上，位于顶点水平面中的锥模母线尺寸需要与锻件图尺寸相同。不同于往常的锻压设备的冷挤压成形工艺，采用摆动辗压成形的过程为偏心受力，压力的传递通过圆周边沿着半径方向至圆心处。

（二）摆角的选择摆头模具轴线与主轴线倾斜夹角称为摆角。通常情况下，摆角越大，金属垂直流动性就越小，会有更小的径向流动，以及摆辗力与偏心力矩也会随之变小，不过变形量会随着摆辗次数不断增加。因此，在进行冷辗过程时，摆角可以取1~2°；进行热辗的时候，摆角通常取值3~5°。锻件的铆接过程中，为了使金属径向流动加快，摆角取值为4~5°，如图3所示。图3回转中心与压力中心示意图

（三）每转进给量当辗压力较小，即s较小时，就容易产生上蘑菇效应，使锻件锻不透，影响锻件质量。一般最小的s值按下式计算：式中，Smin=每转最小进给量（mm）；H=辗压后工件的高度（mm）；辗压后工件的半径（mm）；γ=摆角（°）。

（四）面积接触率的计算面积接触率是摆辗凸模与毛坯接触面积Ac与毛坯表面积A的比值。本设计中，λ的计算公式均基于圆锥与圆柱平面压下相交求出的。根据波兰马尔辛尼克教授给出的公式：式中，λ=面积接触率；S=每转工件进给量（mm/r）；R=工件的半径（mm）；γ=摆角（°）

（五）分模面的选择在选择分模面方面，需要兼顾两方面的内容，其一是锻件可以从模膛中取出，其二是要满足金属容易在模膛中充填充分，便于加工制造。新技术工艺采取开式模，在位于锻件最大轮廓尺寸的凸模一侧选择分模面。分模面A-A的选取见图4所示。

四、结语

应用半轴摆辗的新工艺，能够更大程度上提升摆辗机和液压机构成的摆辗机组工作效力。在实际生产中，需要结合摆辗自身的工艺特征，选择分模面时确保锻件易于从模膛中拿出的先决要素，同时要在模膛中容易填充满金属，整个加工流程较为便捷。同时由于摆动辗压变形主要是通过局部接触进行加压，很大程度上减小了接触面积和单位面积上的压力。

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作者：张春祥 刘磊 李健韬 单位：洪泽县汽车半轴制造有限公司