冷溫?zé)徨懠夹g(shù)在功能部件的應(yīng)用

文/施衛(wèi)兵·江蘇森威精鍛有限公司

冷溫?zé)徨懠夹g(shù)在功能部件的應(yīng)用

文/施衛(wèi)兵·江蘇森威精鍛有限公司

汽車行業(yè)相對(duì)于工程機(jī)械、機(jī)床、軸承、軍工及航空航天等鍛件消耗行業(yè)，仍然是鍛件最大的用戶。據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，每輛乘用車的鍛件消耗約150kg，商用車則達(dá)200kg，而我國(guó)2008年汽車產(chǎn)量突破了1000萬(wàn)輛，2009年突破了1300萬(wàn)輛，2010年突破1800萬(wàn)輛，因此對(duì)鍛件的需求量巨大。

但是由于我國(guó)鍛壓行業(yè)工藝水平低，生產(chǎn)方式處于粗放狀態(tài)，能源和材料消耗高，生產(chǎn)效率低，環(huán)境污染嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家精鍛件產(chǎn)品應(yīng)用已十分廣泛，涉及汽車、工程機(jī)械、軍工和航空航天等多個(gè)領(lǐng)域，尤其在汽車行業(yè)應(yīng)用率較高，每輛轎車的精鍛件用量在45kg以上，而我國(guó)每輛轎車的精鍛件用量則在10～18kg，且相當(dāng)一部分依賴于進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)率只在70％～80％左右，差距十分明顯。因此，提倡“綠色鍛造”，迅速發(fā)展各種優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能節(jié)材的精密成形技術(shù)，提高材料利用率，實(shí)現(xiàn)“近凈成形”是當(dāng)前鍛壓行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

江蘇森威精鍛有限公司通過(guò)自主研發(fā)及產(chǎn)學(xué)研合作，應(yīng)用冷溫精密成形技術(shù)進(jìn)行汽車關(guān)鍵零部件的精密鍛造，主要產(chǎn)品為汽車?yán)錅鼐艹尚稳f(wàn)向節(jié)，包括滑套、鐘形殼、星形套和三銷軸等，如圖1所示。與傳統(tǒng)萬(wàn)向節(jié)（熱鍛＋切削加工工藝）相比，冷溫精密成形萬(wàn)向節(jié)金屬流線連續(xù)完整且內(nèi)部組織致密，綜合機(jī)械性能優(yōu)良，安全性高，而且少無(wú)切削加工，節(jié)約了能源，提高了材料利用率。

多工位高速和溫冷聯(lián)合精密成形技術(shù)

圖1江蘇森威精鍛研制的汽車?yán)錅鼐艹尚稳f(wàn)向節(jié)

多工位高速成形是由多工位溫鍛壓力機(jī)、模具及自動(dòng)加熱等輔助裝備組成生產(chǎn)線，進(jìn)行連續(xù)的、高速自動(dòng)化生產(chǎn)。多工位溫鍛壓力機(jī)是先進(jìn)的壓力機(jī)設(shè)備，相當(dāng)于是多臺(tái)壓機(jī)及拆垛送料系統(tǒng)的集成，即一臺(tái)多工位溫鍛壓力機(jī)相當(dāng)于一條自動(dòng)化溫鍛生產(chǎn)線，一般由自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)、自動(dòng)加熱爐（包含自動(dòng)涂層機(jī)構(gòu)）、多工位溫鍛壓力機(jī)、自動(dòng)出料機(jī)構(gòu)組成，在壓力機(jī)集成了自動(dòng)送料裝置（自動(dòng)化機(jī)械手）、模具潤(rùn)滑裝置、模架交換裝置和模具交換懸臂等，可實(shí)現(xiàn)模具的自動(dòng)冷卻、潤(rùn)滑和快速換模，壓力機(jī)最快節(jié)拍可達(dá)25次/min以上、可滿足高速自動(dòng)化生產(chǎn)。

溫冷聯(lián)合精密成形技術(shù)，即綜合應(yīng)用溫成形與冷成形工藝特點(diǎn)，制造大尺寸、高精度的鍛件，主要的變形由溫鍛完成，重要尺寸由冷鍛工藝來(lái)保證，特別適合于汽車萬(wàn)向節(jié)滑套與鐘形殼零件的精密制造。

圖2等速萬(wàn)向節(jié)滑套零件溫冷聯(lián)合成形工藝過(guò)程

圖3等速萬(wàn)向節(jié)鐘形殼零件五工位溫鍛工藝過(guò)程

典型溫冷聯(lián)合成形工藝流程（以汽車等速萬(wàn)向節(jié)鐘形殼零件為例）：下料→拋丸→自動(dòng)涂層→感應(yīng)加熱→正擠（一工位）→鐓粗（二工位）→整形（三工位）→反擠（四工位）→控制冷卻→拋丸→磷、皂化→冷精整→縮徑。

其技術(shù)特點(diǎn)如下：

此工藝具備高效、節(jié)能及自動(dòng)化生產(chǎn)的特點(diǎn)，能保證制造每件產(chǎn)品的材料、模具和能源消耗達(dá)到最低限度，且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，具體如下：

⑴無(wú)模鍛斜角和飛邊，鍛件精度高（尺寸公差?。?/p>

⑵后續(xù)機(jī)加工余量最小，關(guān)鍵難加工部位可達(dá)少無(wú)加工水平。

⑶實(shí)現(xiàn)節(jié)能工藝，在通過(guò)式感應(yīng)加熱器加熱棒料，鍛件采用控制冷卻，金相組織穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)。

⑷實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，消除了廢品及影響產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的人為因素。

⑸采用模具自動(dòng)潤(rùn)滑、冷卻，提高了模具壽命。

⑹模具加工采用數(shù)控硬車、高速硬銑等先進(jìn)技術(shù)。

江蘇森威精鍛有限公司等速萬(wàn)向節(jié)溫冷聯(lián)合成形生產(chǎn)線由自動(dòng)圓盤鋸料機(jī)、拋丸機(jī)、2000t五工位自動(dòng)溫鍛線、控制冷卻爐、磷皂化生產(chǎn)線和冷精整壓力機(jī)（2臺(tái)400t框架式液壓機(jī)）組成。

其中2000t五工位自動(dòng)溫鍛線是關(guān)鍵設(shè)備，如圖4所示，該設(shè)備為日本栗本公司生產(chǎn)，自動(dòng)化生產(chǎn)線從上料、石墨涂層處理到感應(yīng)加熱、鍛造各工序的工件轉(zhuǎn)移、模具的冷卻和潤(rùn)滑，都是自動(dòng)進(jìn)行。生產(chǎn)線同時(shí)實(shí)現(xiàn)了加熱溫度的自動(dòng)控制和模具的自動(dòng)潤(rùn)滑、冷卻及模具破損的自動(dòng)檢測(cè)。生產(chǎn)線的節(jié)拍18～35次/min，圖5為生產(chǎn)過(guò)程。為了使模具有充分冷卻的機(jī)會(huì)，溫鍛成形一般實(shí)施間隔上料，因此生產(chǎn)率為12.5個(gè)/min，即750件/h。這樣的生產(chǎn)線工藝條件嚴(yán)格、穩(wěn)定，生產(chǎn)效率很高，年產(chǎn)量可達(dá)300～500萬(wàn)件。產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，能滿足等速萬(wàn)向節(jié)大批量生產(chǎn)的要求。此生產(chǎn)線代表了當(dāng)代精密鍛造先進(jìn)水平。

圖42000t五工位溫鍛生產(chǎn)線

控制冷卻技術(shù)

由于低碳合金鋼鍛件在使用前需進(jìn)行滲碳淬火，而滲碳淬火工藝需要長(zhǎng)時(shí)間的加熱、保溫，能耗大、效率低，因此現(xiàn)代汽車工業(yè)中已大量使用中碳鋼或中碳合金鋼材料，后續(xù)淬火則以高效低能耗的感應(yīng)淬火替代，而中碳鋼材料在冷鍛前則需要進(jìn)行軟化退火，以降低硬度、提高塑性。

利用鍛造余熱進(jìn)行控制冷卻，減少精密冷鍛工序間所需的軟化退火工序，一方面可節(jié)約寶貴的電力資源，達(dá)到節(jié)能減排效果，同時(shí)也避免了中碳鋼退火的脫碳風(fēng)險(xiǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低廢品率。

其原理是利用鍛后工件溫度尚在臨界點(diǎn)之上，迅速將其放入一條具有溫度控制手段的輸送帶上，通過(guò)控制鍛件的冷卻工藝曲線，得到接近于正火狀態(tài)的組織和硬度，以滿足后續(xù)的冷鍛和機(jī)加工雙重性能要求。

單向閉塞與分流聯(lián)合成形技術(shù)

將閉塞鍛造和分流鍛造成形兩項(xiàng)先進(jìn)精密技術(shù)復(fù)合起來(lái)，優(yōu)化設(shè)計(jì)空心預(yù)成形毛坯，使復(fù)雜的零件外型面在閉塞模腔內(nèi)一次無(wú)飛邊成形，達(dá)到精度要求，且中心孔在成形過(guò)程中起到了分流減壓的效果，有利于提高模具壽命，實(shí)現(xiàn)了汽車等速萬(wàn)向節(jié)星形套零件的內(nèi)溝道和外球面的同時(shí)精密成形，無(wú)須后續(xù)切削加工。

傳統(tǒng)的星形套鍛造工藝為熱鍛成形，經(jīng)切邊后進(jìn)行正火處理，再拋丸后交付。由于形狀和尺寸精度不高，表面還有脫碳等缺陷，因此，星形套鍛造的全部輪廓需機(jī)加工成形，材料消耗和機(jī)加工量都很大，不利于大批量生產(chǎn)的節(jié)能降耗。

江蘇森威精鍛有限公司采用了閉塞鍛造和分流鍛造成形的先進(jìn)技術(shù)，大大降低了材料消耗，節(jié)約了寶貴的合金鋼資源。其工藝流程如下：下料→球化退火→制坯→拋丸→磷皂化→鐓粗→低溫退火→拋丸→磷皂化→反擠→沖孔→低溫退火→拋丸→磷皂化→閉塞鍛造。

其中閉塞鍛造是關(guān)鍵技術(shù)，采用的設(shè)備為630t（或以上噸位）冷鍛壓力機(jī)，模架為公司自主研發(fā)的高壓氣缸式單向閉塞模架，閉塞力可控可調(diào)，制造成本低，無(wú)泄漏、無(wú)污染。圖6、7為閉塞模架。

圖6閉塞模架原理示意圖

圖7閉塞模架實(shí)物

圖8工藝原理示意圖

圖9星形套產(chǎn)品

技術(shù)特點(diǎn)如下：

⑴無(wú)飛邊閉塞成形，鍛件精度高（尺寸公差小）。

⑵后續(xù)機(jī)加工余量最小，內(nèi)溝道和外球面僅留有磨加工余量，降低了材料消耗，同時(shí)節(jié)省了昂貴的溝道銑加工設(shè)備投資。

⑶省去了銑加工工序，節(jié)約了生產(chǎn)成本，縮短了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率。

⑷首創(chuàng)高壓氣動(dòng)閉塞模架，無(wú)泄漏，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，造價(jià)低。

⑸模具加工采用高速硬銑先進(jìn)技術(shù)，提高了模具生產(chǎn)效率。

星形套閉塞冷鍛工藝為當(dāng)今世界普通采用的先進(jìn)技術(shù)，但由于鋼材冶煉技術(shù)的不匹配，國(guó)內(nèi)尚沒有專門的具備低冷作硬化傾向的冷鍛生產(chǎn)用鋼，因此在閉塞鍛造之前預(yù)成形毛坯需要通過(guò)多道工序：下料→球化退火→制坯→拋丸→磷皂化→鐓粗→低溫退火→拋丸→磷皂化→反擠→沖孔→低溫退火→拋丸→磷皂化。該工藝生產(chǎn)工序多、周期長(zhǎng)。為了滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)“快捷制造”的要求，江蘇森威精鍛有限公司與哈特貝爾公司共同研發(fā)，首創(chuàng)了用高速熱鐓鍛機(jī)進(jìn)行星形套毛坯生產(chǎn)的工藝，如圖11所示。其工藝流程為：棒材加熱→剪料→鐓粗→反擠→沖孔→控制冷卻，將星形套毛坯的生產(chǎn)周期由7天縮短為1天，減少了多道退火、拋丸、磷皂化工序，節(jié)約了大量的電力消耗、原輔材料消耗，以及大量的管理成本，提高了生產(chǎn)效率。

圖10哈特貝爾AMP-30S設(shè)備

圖11星形套三工位熱鍛成形圖

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