汽车电动助力转向系统热精锻节叉的工艺技术

汽车电动助力转向系统热精锻节叉的工艺技术

周玉1王超宇2崔政3

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1.河南御捷时代汽车有限公司无锡分公司江苏无锡214000

2.铠龙东方汽车有限公司江苏无锡214000

3.铠龙东方汽车有限公司江苏无锡214000

摘要：目前，我国的汽车行业发展十分迅速，针对汽车传动轴节叉轴锻造生产过程中存在的问题，提出一种节叉轴锻造的新工艺。单件下料由6.2kg降低到5.6kg，降低了原材料成本。将整体加热改为局部加热，减少了能源消耗。取消了工艺路线中的预锻工步，降低模具材料费和制造费。锻造过程的拔模斜度由2°降低到0.5°，减小加工余量，提高材料利用率。生产实践表明，该工艺既满足节叉轴的使用要求，又能节约材料、降低工人劳动强度、提高生产效率。

关键词：节叉轴；锻造工艺；能源消耗；模具结构

引言

汽车万向传动装置是一种能够连接不在同一直线上的变速器输出轴和主减速器输入轴，保证在两轴之间的夹角和距离经常变化的情况下，可靠地传递动力的装置。万向节叉是万向传动装置的关键零件之一，由于受力条件和工作环境较为恶劣，且尺寸超差会影响传动效果，因此其尺寸要求非常严格。

1基本工艺流程

热精锻节叉的制备方法，其主要工艺步骤是：下料→棒料加热→辊锻制坯→锻造成形→调质前抛丸→调质→抛丸→第一次磁粉探伤→机械加工→第二次磁粉探伤。下料步骤中，原材料采用φ30～45的45钢，产品热精锻采用一模两件工艺。下料重量公差±0.02kg，棒料端面的垂直度0.1mm。控制重量与端面垂直度有以下的作用：节约原材料，降低成本，防止棒料超重产生折叠、重量不足出现缺材等缺陷，避免了端面偏斜产生的折叠缺陷。棒料加热步骤中，棒料加热范围为1225±25℃，采用红外测温仪在线实时检测出炉棒料的加热温度，通过温度分选装置，把温度高于1250℃的超温料和低于1200℃的低温料分别选出。为此，可采取两方面的控制措施：①采用中频感应加热，提高棒料加热效率，减少热量消耗，减少废气排放量，棒料温度均匀，芯表温差小，减少了过热和过烧现象，减轻了棒料表面氧化，使棒料在锻造形变过程中金属流动顺畅，从而使锻件流线更加合理。②采用红外测温仪在线实时检测加热棒料的温度，严格控制温度在1200～1250℃内，使材料流动性和变形抗力趋于一致，保证了锻件组织性能的均匀性。超温棒料容易使产品整体或局部晶粒粗大，使锻件的强度、塑性和韧性降低，疲劳性能下降。低温棒料在锻造形变过程中金属流动性差，会造成棒料拉应力、切应力等增大，降低材料的塑性，致使在变形速度过快、变形程度过大时锻件产生裂纹和缺材等缺陷。锻造按照制坯、预锻、终锻顺序进行。模具在锻造前需预热，模具表面均匀预热到150～250℃：中频炉加热温度1200～1250℃，棒料在辊锻机上进行制坯，制成合适的制坯形状，并有效地去除棒料表面的氧化皮。将坯料放置在锻模上进行预锻和终锻。之后将锻造成形的工件放置于切边模上，进行热切边。锻造工艺保证了锻件流线良好，材料利用率高，错移量小，后续机加工精度高；锻件产品标记清晰，表面无裂纹、无明显氧化坑、无磕碰等缺陷。在抛丸工序中，采用装载量800kg的履带式抛丸机抛丸，采用钢丝切丸。钢丝切丸不易粉碎，产生粉尘量少。抛丸装入量不超过1500件，设备电流为20～28A，抛丸时间16～20min，钢丝切丸规格φ0.8～1mm。调质工序在保护气氛连续网带炉中进行，淬火加热温度为840～860℃，然后在60℃淬火油中淬火；回火温度625～645℃，回火时间110～130min。热处理后产品表面硬度HB216～245，抗拉强度Rm为650～800MPa，屈服强度Re≥430MPa，延伸率A≥16%。工件淬火质量稳定，淬透性好，抑制了晶粒长大，而且还大幅度消除了内应力，显著减少了机械加工过程中花键孔和开槽后的变形量。锻件（含机加工后）的磁粉探伤工序中，采用水剂磁悬液，水剂磁悬液包括：3～5g/l的荧光磁粉、0.2%的分散剂和0.5%的防锈剂，周向磁化电流为0.5～0.8kA，纵向磁化电流为10～12kA，磁化时间为3s。机械加工工艺主要包括：在数控机床上车端面、钻孔、车内孔和倒角，在专用铣床上铣出开口，在拉床上拉花键。加工中心工序包括：铣端面、钻孔、铣螺纹、倒角。机械加工具体步骤如下：将工件放置于车床夹具中，确保工件前端弧面接触夹具定位面后压紧，用端面车刀车端面；用钻头钻底孔；然后车花键内孔及倒角。加工中心加工前将零件装夹在液压夹具上，确保工件夹紧定位可靠，使用防锈切削液；钻螺纹底孔、沉孔；用铣刀粗铣轴承孔底孔；用锪刀锪孔，并倒角；精镗轴承座孔并倒角。

2改进后的锻造工艺

2.1改进后的工艺流程

改进后的工艺流程为：下料→局部中频感应加热→制坯→终锻→切边。下料采用全自动数控锯床或数控剪断机将圆钢下料为规定尺寸的坯料，传统工艺单件下料6.2kg，改进以后的工艺单件下料5.6kg，节省了原材料；改整体加热为局部加热，对每个坯料长度的三分之一进行中频感应加热，加热温度控制在1100～1150℃之间，温度测控采用红外线测温仪，降低了能源消耗；将加热后的坯料放到制坯压力机上的制坯模具当中，操控制坯压力机对坯料的加热端进行锻压，头部锻压成型后取出，操控制坯压力机将头部压扁呈田径跑道形状；将坯料放置到终锻压力机上的终锻模具当中进行锻压，锻压后成为终锻件；取消了预锻工步，取消以后制坯工步改成先镦粗头部，然后将头部压扁的方式就可以保证终锻一次成型；将终锻件的中间连皮或飞边部分切掉成为锻件产品。

2.2改进后的模具结构

制坯模具包括制坯上模和制坯下模，制坯下模内部垂直设有用于放置坯料的第一通孔，第一通孔包括上部的圆锥段和下部的圆柱段，圆锥段呈上大下小结构，母线与中心线的夹角A为0.5°，下端与圆柱段的内径相等，圆柱段内设有与该圆柱段间隙配合的制坯顶杆，制坯下模上表面与第一通孔上端的接合处设有上大下小的第一锥形过渡孔，制坯上模下表面设有与第一锥形过渡孔上下对应的圆槽，圆槽与第一锥形过渡孔合围成坯料头部锻压腔；制坯上模下表面一侧开设有上凹槽，制坯下模上表面一侧设有位于上凹槽正下方的下凹槽，上凹槽和下凹槽合围成用于压扁坯料头部的锻压空间，当制坯上模和制坯下模上下接触时，锻压空间的高度小于圆槽的直径。

结语

（1）改进后的锻造工艺保证尺寸和性能要求，成品率达到100%。（2）改进后的锻造工艺能够提高材料的利用率，降低原材料成本；减少加工余量，降低加工成本；把整体加热改为局部加热，降低了能源消耗。（3）改进后的工艺取消了预锻工步，降低了预锻模具材料费和加工费，缩短了模具的生产周期，提高了生产效率。

参考文献：

[1]赵升吨，李泳峄，范淑琴，等.汽车花键轴零件的生产工艺综述[J].锻压设备与制造技术，2012，51（3）：74-77.

[2]冀东生，夏巨谌，朱怀沈，等.汽车传动轴叉形件精密模锻工艺研究[J].锻压技术，2010，35（6）：14-18.