轎車等速傳動軸精密鍛件皂化工藝研究

王德林，陸有根，吳 兵

（上海納鐵福傳動系統(tǒng)有限公司 制造工程部，上海 201315）

隨著人類科學技術的不斷發(fā)展，對大自然的改造能力有了翻天覆地的改變。但到了二十一世紀，環(huán)保成為世界各國的首要課題。在制造業(yè)方面，企業(yè)不但要生產(chǎn)不損害環(huán)境的產(chǎn)品，同時也要保證在生產(chǎn)過程中盡量節(jié)省資源，少產(chǎn)生污染。

在這種背景下，轎車等速傳動軸行業(yè)在上世紀80年代就開始用溫鍛+冷精整工藝取代熱鍛，將等速節(jié)零件的球道直接鍛造出來，或只留硬加工的余量，大量節(jié)省能源和材料。上世紀90年代以后，又對溫鍛+冷精整工藝中的模具潤滑材料進行了改進，用合成材料代替石墨作為溫鍛的模具潤滑劑，用淋油工藝代替磷皂化作為冷精整前處理，極大減少排放和能源消耗[1]。到了二十一世紀，日本開始探索改進原有的磷皂化工藝，取消高污染的酸洗、磷化工藝，開發(fā)特殊的環(huán)保皂化材料直接覆涂在工件表面，作為冷精整前處理，減少淋油過程中油霧的排放和相對惡劣的工作環(huán)境，并且取消冷精整后進行的清洗防銹道序，大量節(jié)省能源和減少排放。2005年后，此項技術開始正式在日本國內(nèi)生產(chǎn)中使用，形成穩(wěn)定的皂化產(chǎn)品，并在其他工業(yè)領域迅速擴展開。

上海納鐵福傳動系統(tǒng)有限公司現(xiàn)有4條全自動精密鍛造生產(chǎn)線，年產(chǎn)轎車等速傳動軸精密鍛件2000萬件，總結國內(nèi)的磷皂化工藝及借鑒國外先進的皂化工藝，開發(fā)出適合上海納鐵福傳動系統(tǒng)有限公司轎車等速傳動軸精密鍛件的皂化生產(chǎn)線及皂化工藝，在排放，能源節(jié)省和效率方面大大領先于日本同行。現(xiàn)已發(fā)展才為成熟的皂化工藝。在環(huán)保方面，模具壽命，生產(chǎn)成本方面也取得了很好的效果。

1 工藝分析及生產(chǎn)線組成

1.1 工藝分析

如圖1中所示，該兩類精密鍛件為典型的轎車等速傳動軸零件，均為中碳合金鋼，內(nèi)腔形狀比較復雜，圖1中左邊外星輪溫鍛件經(jīng)冷精整變形后，內(nèi)腔表面經(jīng)一道磨削工序就達到最終產(chǎn)品要求；圖1中右邊三銷軸叉溫鍛件經(jīng)冷精整變形后，內(nèi)外腔表面直接達到最終產(chǎn)品要求。以上兩類鍛件經(jīng)冷精整變形后頭部尺寸精度要求高，對冷精整變形前頭部的潤滑處理提出更高要求。

圖1 典型零件圖

1.2 生產(chǎn)線組成

如圖2所示，該設備專門為轎車等速傳動軸精密鍛件全自動皂化而開發(fā)的。整體機型尺寸：4600（L）×1500（W）×2340（H）mm,整體功率為 90kW，工作節(jié)拍12S/2件。該全自動皂化機通過不斷的攪拌皂化液,能夠使皂化液均勻的涂附在溫鍛件表面；并應用空氣射流泵抽干工件內(nèi)的皂化液,在整個皂化過程中精密鍛件不必翻轉(zhuǎn)，使整臺設備結構簡單，造價低。只需經(jīng)過簡單的皂化液噴淋、抽液、熱風干三個步驟就能達到鍛件表面皂化目的。在使用過程中做到皂化液無廢液排放，工作環(huán)境得到極大改善。

圖2 全自動皂化生產(chǎn)線

2 影響皂化的因素

結合國內(nèi)外皂化在冷精整成形工藝中的應用情況以及本公司四年來的冷鍛件皂化生產(chǎn)經(jīng)驗，作者認為以下幾個方面會影響冷鍛件皂化質(zhì)量。

（1）精鍛件表面質(zhì)量。鍛件表面質(zhì)量是保證鍛件皂化后形成皂化膜質(zhì)量好壞的關鍵指標之一。鍛件皂化前，鍛件表面要去除油污，灰塵等雜質(zhì)。因此，鍛件皂化前應該拋丸，直至鍛件表面呈金屬色為止。

（2）濃度。皂化液濃度必須達到臨界皂化濃度才能進入皂化膜的增長期。而且，皂化液濃度必須均勻，這樣有利于成膜均勻。從而在冷精整時，受力均勻，有利于延長模具壽命。

（3）時間。皂化膜重量隨著時間延長而急劇增加，但是在完全成膜以后，皂化膜將變得疏松而易脫落。因此選擇皂化時間應根據(jù)實際情況而定。

（4）溫度。皂化溫度對成膜的影響很特別，不同于一般的化學反應。首先在中溫段（60～70℃），皂化隨溫度的增長幅度大于常規(guī)反應的2～3倍/10℃，其次在高溫段（75～90℃），皂化反應急劇下降。這是因為在溫度小于50℃時，溶液黏度很大，甚至乳濁。隨溫度升高，黏度下降，至70℃時，基本上和水一樣。因此在60℃左右時，由于溶液有一定的黏度，皂化反應過程將受擴散控制，在4min以內(nèi)，皂化很不完全[2]。但是，不同的皂化成份，會出現(xiàn)不同的適宜皂化的溫度范圍。

（5）PH值。PH值過低，鈉皂被中和而使皂液濃度下降。因此，PH值的影響作用可歸于濃度對皂化的影響。城市用水和純凈水作為皂化液的稀釋劑會對皂化結果產(chǎn)生不同的影響。

3 工藝試驗

3.1 試驗條件

根據(jù)工藝要求制造具有皂化液噴淋、抽液、熱風干功能的皂化機，并準備皂化液、自來水、純凈水、皂化液濃度測定儀等。

3.2 試驗方案

根據(jù)溫鍛件表面質(zhì)量、皂化液濃度、皂化液溫度、皂化時間、抽液時間、熱風溫度、水的PH值等參數(shù)變化，分別做冷精整前皂化處理，并進行冷精整，然后跟蹤分析鍛件質(zhì)量和模具壽命。

3.3 試驗過程

3.4 試驗評價

根據(jù)以上試驗方案，應用不同的工藝參數(shù)對近100萬溫鍛件進行皂化、冷精整，然后跟蹤并分析鍛件表面質(zhì)量和模具壽命。試驗結果表明：自來水作為皂化液的稀釋劑，因其含有CL-等雜質(zhì)，冷精整之后鍛件很容易生銹，而純凈水作為皂化液的稀釋劑，不會出現(xiàn)這個問題；鍛件表面皂化膜成形后，該皂化膜不能太厚也不能太薄，皂化膜太厚，容易使皂化膜脫落，皂化膜太薄，達不到潤滑效果，本試驗顯示皂化液濃度在5～8%時，皂化膜厚薄比較均勻，潤滑效果最好；鍛件表面皂化后，其表面必須干燥，如果鍛件表面是潮濕的，說明皂化膜沒有完全形成，從而也達不到好的潤滑效果，本試驗方案采用140～180℃的熱風吹5～9s，皂化膜附著均勻并干燥，達到使用要求。

4 結論

轎車等速傳動軸精密鍛件冷精整后精鍛件質(zhì)量不穩(wěn)定和模具壽命不穩(wěn)定主要是由于皂化膜厚薄不均勻引起的，提高模具壽命及減少不合格精鍛件的出現(xiàn)，關鍵在于控制冷精整前的皂化質(zhì)量。

加強對皂化工藝的控制，掌握正確的皂化方法和合理的皂化工藝，是提高皂化質(zhì)量最有效的方法。采用溫鍛件拋丸，皂化液和純凈水混合后的濃度達到5～8%，皂化液溫度達到68～75℃，皂化時間達到10～18s，抽液時間達到5～9s，熱風溫度達到140～180℃時，這一皂化工藝，經(jīng)過1000多萬件精密鍛件皂化驗證，采用該皂化工藝能夠降低摩擦系數(shù)，提高模具使用壽命，又能保證精密鍛件質(zhì)量，現(xiàn)在該皂化工藝已經(jīng)成功應用于上海納鐵福轉(zhuǎn)動系統(tǒng)有限公司冷精整皂化生產(chǎn)線大批量生產(chǎn)中。

[1] 王德林，陸有根，吳 兵.溫、冷精鍛復合成形技術應用及其發(fā)展趨勢[J].熱加工工藝，2013，42（5）107-110.

[2] 王家安，趙振鋒，王加蓮.磷化-皂化處理在低碳鋼冷擠壓工藝中的應用.鍛造與沖壓，2005，（9）：54-56.