商用車后橋差速器左殼鍛件節(jié)材工藝技術(shù)研究

文/桂安朋·一汽鍛造（吉林）有限公司

商用車后橋差速器左殼鍛件節(jié)材工藝技術(shù)研究

文/桂安朋·一汽鍛造（吉林）有限公司

因載重汽車噸位的增加，對差速器殼性能要求也越來越高。部分差速器殼已由鑄件改為鍛件，調(diào)質(zhì)后有較高的抗疲勞極限和抗多次沖擊能力，低溫沖擊韌性好。本文以差速器左殼為例，論述由模鍛錘工藝改為機(jī)鍛工藝的改進(jìn)過程。

差速器由差速器殼、行星齒輪、行星齒輪軸及半軸齒輪等零件組成。差速器殼將差速齒輪和半軸齒輪及十字軸等骨架組合在一起，其外部與從動錐齒輪或外齒環(huán)相連接。差速器殼兩端裝有滾錐止推軸承。差速器殼是差速器的主體，作用為:①安置十字軸或一字橫軸。②可保持差速器與后橋驅(qū)動車輪的傳動軸線不變。③力矩通過差速器傳動出去。

現(xiàn)狀

差速器左殼系列鍛件是汽車后橋差速器上的零件，改進(jìn)前為傳統(tǒng)的鍛造工藝，3t和5t蒸汽錘聯(lián)合鍛造，工藝如圖1所示：下料→加熱→鐓粗→預(yù)鍛→終鍛→熱切邊→調(diào)質(zhì)→清理→加工內(nèi)孔→入庫。模鍛錘的特點(diǎn)是無頂出機(jī)構(gòu)，導(dǎo)軌精度低，不適于采用閉式模鍛生產(chǎn)精密鍛件及深模膛鍛件，一般采用開式模鍛生產(chǎn)普通模鍛件，所以存在以下問題：①鍛件有飛邊，材料利用率低。②路線長，工人勞動強(qiáng)度大，人工成本高。③使用天然氣加熱，蒸汽錘鍛打，能源消耗高。④工藝原因，無法實(shí)現(xiàn)沖孔，需要后續(xù)加工內(nèi)孔，費(fèi)用高，鍛件周轉(zhuǎn)周期長。⑤坯料加熱時間長，氧化嚴(yán)重，表面缺陷大，加工余量大，客戶抱怨。⑥由于模鍛錘的導(dǎo)向精度差，鍛件錯差在生產(chǎn)中不宜保證。⑦模具采用整體模塊，模具材料為5CrNiMo，模具先期投入大。

圖1 差速器左殼的傳統(tǒng)鍛造工藝

解決措施

⑴機(jī)械壓力機(jī)的鍛造特點(diǎn)。①工作環(huán)境好。噪聲和振動小，有利于操作人員的身心健康。②節(jié)約資源。導(dǎo)軌長，導(dǎo)向精度高，裝有上下頂料裝置，所生產(chǎn)鍛件精度高，因此節(jié)約材料和能源，減少后續(xù)加工工序和工時等，有利于降低鍛件成本。③生產(chǎn)率高。空行程和連續(xù)加載行程次數(shù)多，有利于提高生產(chǎn)率。④工藝穩(wěn)定性高。操作主要靠機(jī)械控制，人為因素少，生產(chǎn)穩(wěn)定性高，可降低檢驗(yàn)費(fèi)用，因此可以降低制造和管理成本。⑤多種功能。機(jī)械壓力機(jī)空程速度高和加載速度低、且抗偏載能力強(qiáng)，故適用范圍廣。

⑵解決措施。按照差速器左殼系列鍛件的最大直徑，如果按傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算鍛造壓力P（噸）。經(jīng)計(jì)算最大噸位超過4200t，不符合鍛壓機(jī)的使用原則。可見鍛造所需鍛造力是由投影面積大小決定的。

為解決這一問題，決定采用閉式鍛造。鑒于模擬的指導(dǎo)原則是終鍛先充滿型腔后出毛刺，這樣就大幅降低了模具的承壓力，可提高模具壽命，降低設(shè)備打擊力。先用鍛造模擬技術(shù)進(jìn)行模擬，經(jīng)過模擬，設(shè)備打擊力為3300t，所以，選擇在4000t鍛壓機(jī)上生產(chǎn)，符合設(shè)備使用原則。

改進(jìn)后在4000t鍛壓機(jī)上生產(chǎn)，工藝如圖2所示：下料→加熱→成形鐓粗→預(yù)鍛→終鍛→熱沖孔→調(diào)質(zhì)→清理→入庫，具有以下優(yōu)點(diǎn)：①實(shí)現(xiàn)無飛邊鍛造，提高材料利用率。②不用聯(lián)合鍛造，降低人工成本。③使用中頻感應(yīng)電加熱，降低能源消耗。④鍛件直接沖孔，減少了加工內(nèi)孔費(fèi)用，縮短了鍛件周轉(zhuǎn)周期。⑤減小加工余量，提高了機(jī)加工效率，降低了刀具消耗，減少了客戶抱怨。⑥模具采用鑲塊組合式結(jié)構(gòu)，模具材料為H13，模具投入小。

圖2 改進(jìn)后的鍛造工藝

工藝對比

⑴材料利用率。精密鍛造工藝是坯料金屬在模具封閉模膛內(nèi)成形，無飛邊或出現(xiàn)較小飛刺，材料利用率和鍛件精度均比傳統(tǒng)模鍛件高，材料利用率比原來鍛件提高7%。

⑵模具。由于精密鍛造工藝沒有橋和倉部，所以模塊采取小型化、標(biāo)準(zhǔn)化，用標(biāo)準(zhǔn)鑲塊座、壓套或壓環(huán)，模具僅為小型的回轉(zhuǎn)體，加工費(fèi)用、模具材料成本都大幅降低，生產(chǎn)時裝配簡單、快捷。而且還可以根據(jù)需要和加工能力采取鑲塊式結(jié)構(gòu)，對終鍛上模采取肢解鑲塊式，大幅降低了由于模具局部損壞造成的模具消耗，而傳統(tǒng)工藝模塊大，更換不方便。

⑶防錯。原來鍛造工藝沒有防止錯差的鎖口，精密鍛造導(dǎo)程封料間隙僅為0.2～0.4mm，既起到封料作用，還防止了鍛件錯差，避免了傳統(tǒng)工藝因調(diào)整錯差引起的停工臺時，提高了生產(chǎn)效率。

⑷切邊與沖孔。原來鍛造工藝如采用切邊沖孔復(fù)合模，一種鍛件一套復(fù)合模，每套復(fù)合模價(jià)格在1萬元以上，如圖3所示，而且在生產(chǎn)過程中要求操作者具有較高調(diào)整技能，故障發(fā)生點(diǎn)較多，經(jīng)常需要停工更換或修復(fù)模具，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。在切邊時鍛件法蘭容易變形。精密鍛造工藝采用簡單沖孔模，如圖4所示，多種鍛件共用一套沖孔模體，一臺設(shè)備僅需一套沖孔模體，鍛件換品種僅需更換沖頭、沖孔座，模具價(jià)格在2000元內(nèi)，且模具故障率大幅降低。由于不需要切邊，不存在法蘭切邊變形等問題。

傳統(tǒng)工藝更換鍛件品種必須更換復(fù)合模，調(diào)整復(fù)雜，常常需要1h以上，且模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)及加工成本較高。精密鍛造工藝更換鍛件品種時只需更換沖頭、沖頭座，操作簡單僅需10min，且模具結(jié)構(gòu)簡單，通用性好，設(shè)計(jì)及加工成本都很低。

圖3 切邊沖孔復(fù)合模

圖4 精密鍛造工藝采用的沖孔模

結(jié)束語

由此可見，該件工藝改進(jìn)提高了材料利用率，降低了人工成本，減少了能源消耗，縮短了鍛件的生產(chǎn)周期，減小了加工余量，降低了刀具消耗，為類似鍛件或投影面積相同的鍛件在4000t鍛壓機(jī)上生產(chǎn)提供了依據(jù)，對今后開發(fā)新產(chǎn)品與改進(jìn)工藝具有重要意義。