等速传动轴外星轮锻件折叠问题分析及解决

文／杨金成·上海纳铁福传动系统有限公司武汉二厂

汽车传动轴是车轮转动的直接驱动件，汽车运行时，发动机输出的扭矩经过多级变速和主动器传递给传动轴，再由传动轴传递到车轮上，推动汽车前进或倒行，是汽车传递扭矩的重要零件。外星轮是汽车传动轴的主要受力部件，工作情况及其复杂，它的性能优劣直接影响汽车传动的安全性和可靠性。

外星轮是汽车零部件中最难以成形的部件之一，目前我国生产的外星轮锻件仍然存在加工余量大且不均匀、折叠、裂纹、充不满等缺陷，本文就外星轮锻件温锻生产过程中产生的折叠缺陷，进行原因分析及提出相应的解决方法。

外星轮冷温锻生产的特点

外星轮精锻件冷温锻生产的特点，包括下料，在机械压力机上温锻生产预成形温锻件毛坯，在液压机上冷精整成形获得具有球形型腔和曲线滚珠球道的汽车等速传动轴外星轮精锻件的锻造成形方法，其球形内表面和滚珠球道内表面仅留约0.2mm 的磨削余量。

温锻避免了热锻产生较多氧化、脱碳的现象，又避免了冷锻时较大金属变形抗力的影响。冷精整可以得到高精度、高表面质量的精密锻件,采用温锻制坯然后再冷精整最终成形的加工工艺，就是温锻-冷精整联合成形工艺。典型温冷联合成形工艺流程(以汽车等速万向节外星轮精锻件为例)为：下料→抛丸→预涂石墨→感应加热→正挤柄部→镦粗预成形头部型腔→反挤成形温锻件毛坯→控温冷却→抛丸→皂化→冷精整(缩颈冷挤压)。

折叠是钢材在温锻成形过程中已氧化的表层金属对流汇合在一起形成的，原因是变形金属发生弯曲、回流或者部分金属被压入到另一部分金属内。

外星轮锻件的折叠缺陷案例分析

剪切下料坯料端面毛刺导致折叠

⑴问题描述：图1 为外星轮锻件碗口折叠缺陷，是剪切下料的坯料端面毛刺大(图2)，温锻成形过程中流入外星轮锻件碗口斜面导致的。

⑵解决措施：端面毛刺主要是剪切间隙过小，上下裂纹不重合所致，需要在剪切落料时调整刀片间隙，剪切刀片设计成合适的刃口尺寸等。

图1 外星轮锻件碗口折叠

图2 剪切下料的坯料端面毛刺大

图3 外星轮锻件碗口折叠

图4 一、二工位碗口端面毛刺超高

温锻时坯料端面毛刺大导致折叠

⑴问题描述：图3 为外星轮锻件碗口折叠缺陷，是一、二工位在温锻成形过程中坯料端面毛刺大(图4)，温锻成形过程中流入四工位外星轮锻件碗口斜面导致的。

⑵解决措施：通过调整合适的成形工步坯料尺寸设计，合适的冲头、凹模间隙以及检查和调整预涂石墨浓度，检查、更换一、二工位冲头等，可避免坯料端面毛刺大问题的产生。

短柄外星轮锻件温锻生产折叠问题

根据内螺纹外星轮产品图(图5)，此类外星轮精锻件柄部长度较短，约在40mm(图6)，常规设计外星轮短柄锻件图主要尺寸见表1。

表1 常规设计外星轮短柄锻件图主要尺寸

图5 外星轮产品图示意图

图6 常规设计外星轮短柄锻件图

⑴问题描述：在温锻多工位自动化线生产的必要条件，就是步进梁机械臂夹爪能够将上一工序的坯料精确送入下一工序模具型腔内(图7)。在工艺设计中，有意将下一工序的模孔设计得比上一工序大一点 ，使上一工序的坯料能顺利送入下一工序模孔，但这个间隙不能设计的很大，一般为0.1 ～0.2mm。理论上，步进梁机械臂的空间送料精度为0.1 ～0.2mm，正好可以满足送料要求；但实际上，顶料杆将坯料顶出模具型腔会站立不稳，机械臂夹爪夹持坯料时，经常会发生歪斜；另外，步进梁自动化机械手在长期使用后会产生送料精度下降和送料抖动、夹爪中心偏等问题，这都可能引起送料失败。特别是外星轮短柄锻件产品，温锻生产时出现折叠(图8)，每月报废较多，废品率在2%左右，且存在缺陷流出导致客户抱怨投诉的风险，同时温锻生产节拍也受限制，为18 次/分钟。

⑵解决措施。

1)根据短柄锻件温锻生产特点，优化锻件图设计：在柄部端面设计φ25mm×2mm 左右沉孔(图9中1 处)，使坯料在顶出模具型腔时能够站稳在顶料杆上不发生歪斜，使机械臂夹爪正常夹持送料。

图8 短柄外星轮精锻件折叠

2)在柄部与碗底过渡处设计一个较大锥度12mm×30°导向斜面(图9中2处)，使坯料在传送过程中，即使发生些许歪斜，也能够在锥度的引导下顺利入模(图10)。

更改设计后的短柄外星轮锻件温锻模具图如图11 所示，经生产验证，温锻生产时出现锻件折叠，废品率由2%降到0.01%，同时温锻生产节拍由18次/分钟提升至20 ～21 次/分钟。

图9 优化设计后外星轮短柄锻件图

图10 坯料自动送料发生歪斜时的入模示意图

图11 优化设计后外星轮短柄锻件模具图

结论

本文主要阐述了外星轮冷温锻锻件生产过程中常出现的折叠问题及解决措施。在我们的在实际生产过程中，钢材坯料问题、锻件成形设计各工位坯料形状的不同、设备精度等，都可能是造成温锻出现折叠缺陷的因素，通过我们不断的工艺验证以及经验总结，针对不同的折叠现象进行综合分析，才能针对折叠产生的真正原因找对方向，进行有效的工艺验证，进而提高生产效率，降低折叠废品率及生产成本。