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鍛錘鍛造半軸的模具設計工藝及應用

 半軸,又叫驅動輪軸,如圖1所示,是機械產品上的一個關鍵零部件,用于向輪胎傳遞動力,從而帶動整車前進,由于其是動力傳輸的關鍵部件,因此對產品的性能要求較高,既要能滿足高強度載荷下使用,又要滿足足夠的使用壽命。半軸一般由大盤A和較長的桿部B組成,截面變化大,鍛造工藝性較差。
目前國內半軸的生產工藝主要有:⑴胎模鍛成形,自由鍛拔長桿部后,胎模鍛鍛打成形,這種工藝局限性較大,殘留飛邊及毛刺大,表面質量差,模具壽命短,生產效率低,大盤A厚度尺寸不穩定;⑵擺輾成形,在液壓機上進行局部鐓粗后,在擺輾機上成形,這種工藝生產效率低,生產成本高。
半軸
圖1 半軸結構示意圖

半軸鍛造模具工藝設計

天津十一选五爱彩乐 www.wrnpz.com 模具結構

本次半軸模具設計時,采用自由鍛制坯后,錘上模鍛成形這一工藝方式。圖2、圖3所示為一種半軸類模鍛件錘上模鍛模具,包括:上模組件、下模組件和頂出組件。
半軸鍛造
圖2 錘上模鍛模具
半軸鍛造
圖3 錘上模鍛模具局部剖視圖
上模組件包括:上模2,上模2通過楔子和鍵緊固在模鍛錘錘頭C上。
下模組件包括:下模1,下模1通過楔子和鍵緊固在模鍛錘夾持器D上,工作時,上模2在錘頭C帶動下,通過鎖扣導向擊打放在下模1內的中間坯上。
頂出組件包括:頂桿3、打桿4,頂桿3和打桿4均放在下模1內,工作時,打桿4前端斜面在外界力量的作用下向前推動頂桿3下端斜面,將半軸向上頂出。

鍛件加工具體操作步驟

⑴將棒料加熱到1100℃~1150℃后,使用自由鍛或平鍛機模鍛將棒料制成中間坯,其形狀如圖4所示;
半軸鍛造
圖4 半軸鍛件中間坯
⑵將中間坯加熱到1150℃~1200℃后,放在半軸類模鍛件錘上模鍛模具下模1內;
⑶在模鍛錘錘頭C的帶動下,上模2在鎖扣的導向下擊打在放在下模1內的中間坯上,迫使中間坯充滿型腔,多次鍛打后最終成形,終鍛溫度不低于950℃;
⑷使用榔頭或其他外力推動打桿4,通過頂桿3將水平作用力轉化為向上的作用力,頂出在下模1內的半軸;
⑸取走半軸后,抽出打桿4,頂桿3回落,完成一個工作循環。
達到效果

⑴由于采用制坯后錘上模鍛成形,最后切除飛邊的工藝,鍛件表面質量好,尺寸穩定,無殘留飛邊及毛刺。
⑵由于在模具中設計了頂出裝置,有效解決了長桿類零件無法使用錘上模鍛生產的問題。
⑶模具結構新穎,使用壽命長,工藝適應性強,設計簡單,操作方便,生產效率高,便于機械自動化生產,大大降低了生產成本。

實際應用狀況

在實際應用時,由于鍛件尺寸太長,一般切邊壓床封閉不夠,所以不能像一般鍛件一樣從上面放入凹模,這就需要采用一種立式帶分體旋轉凹模的切邊模方可完成鍛件飛邊的切除,如圖5、圖6所示,該切邊模包括:沖頭1、固定凹模2、凹模固定板3、底座4、旋轉凹模5、旋轉軸6、鎖緊銷7;將沖頭的上端與機床設備上的滑塊A連接,固定凹模2通過螺釘固定在凹模固定板3上,凹模固定板3連接在底座4上,旋轉凹模5可圍繞旋轉軸6水平旋轉,用鎖緊銷7將旋轉凹模5與固定凹模2固定。工作時旋開凹模,將零件從前面平放入凹模,然后鎖上凹模并完成切邊工序,具體可參看我廠專利“半軸類模鍛件立式分體旋轉凹模切邊模具”。
完成鍛造工序后,半軸鍛件再經過熱處理、噴丸、粗加工、感應淬火、精加工、探傷工序就可完成所有加工工序。其中熱處理一般采用正火+調質工藝(圖7),我廠使用推桿式熱處理爐或懸掛式熱處理爐,正火(保溫時間1~2h)主要是為改善鍛后網狀組織和晶粒粗大等缺陷,為后續調質做準備,降低淬裂風險。調質(淬火保溫時間1.5~2h、回火保溫時間2~2.5h)處理是為了改善鍛件機械性能、提高使用壽命。
半軸鍛造
圖5 半軸切邊模主視圖
半軸鍛造
圖6 半軸切邊模俯視圖
半軸鍛造
圖7 半軸鍛件熱處理工藝曲線
半軸鍛造
圖8 生產的半軸實物圖

結束語

該半軸錘上模鍛工藝目前在我廠13t、16t模鍛錘生產線上實現了農業機械驅動輪軸及工程機械類半軸產品的大批量生產,已累計生產各種半軸鍛件6萬件以上(圖8),錘鍛模模具壽命能達到2500~3000件,具有較高的經濟價值和推廣應用前景。需要注意的是,錘鍛模在采用下落、堆焊翻新時,由于下模桿部位置也會逐漸磨損,所以在翻新兩到三次后應對下模桿部位置進行修理,下模桿部不能有“鼓肚”現象,以防止鍛打時鍛件桿部變粗后出現半軸鍛件卡在下模內現象。
—— 來源:《鍛造與沖壓》2019年第19期

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