文/桂安朋·一汽鍛造（吉林）有限公司

汽車變速箱中間軸的冷鍛成形

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中間軸是用在轎車變速箱上的一種傳動軸，其材料為20CrMnTiH，左側有一個臺階，兩端均有縮徑。如果采用常規(guī)機械切削方法對其進行加工，材料利用率比較低，工作效率也很低，難以滿足客戶需求。采用冷鍛工藝成形該中間軸，成形零件精度高，機械加工量小，可滿足用戶的要求。

設計中間軸冷鍛鍛件圖

該零件結構為軸對稱結構，退火狀態(tài)下的硬度為140～170HB，強度不高，除左側大臺階外，其余變形抗力不大；但其右側有3處凹槽不適合鐓擠成形，應留有后續(xù)機加工余量以保證其精度；技術要求的尺寸精度和表面粗糙度要求一般，冷鍛零件的表面粗糙Ra度可達0.4～0.8μm，公差等級在IT8～IT7之間，故冷鍛工藝完全可滿足該零件的各項要求。按冷鍛工藝要求和零件形狀設計的鍛件圖，如圖2所示。

中間軸冷鍛成形工藝及模擬成形

冷鍛工藝方案

觀察中間軸鍛件圖，中間臺階直徑為φ80.5mm，兩端最小直徑分別為φ42mm和φ37mm，兩端均有變形，應采用開式擠壓。若采用φ80.5mm毛坯一次成形，由直徑φ80.5mm變?yōu)棣?7mm，斷面縮減率為78.9% ，在開式擠壓中，這么大的擠壓比會造成棒料中間鼓脹，兩端縮徑不能成形，且易產(chǎn)生裂紋，采用其他直徑的棒料一次成形也非常困難。所以經(jīng)過計算和分析將該零件的成形工序分為3步。

第1步，先用φ49mm的坯料將兩端正擠壓出直徑為φ42mm和φ45mm的圓柱，同時采用開式鐓擠方式，將鐓粗部分先聚料到φ55mm，斷面縮減率分別為26.5% 、15.7%。

圖1 中間軸零件圖

圖2 中間軸冷鍛鍛件圖

圖3 中間軸工步圖

圖4 中間軸第1序成形情況

圖5 中間軸第2序成形情況

第2步，再將坯料由φ45mm擠壓到φ42mm，斷面縮減率為12.9% ，將φ49mm和φ55mm同時鐓粗到φ58mm。

第3步，將坯料由φ42mm擠壓到φ37mm，斷面縮減率為22.4% ，同時將φ58mm采用閉式鍛造的方式鐓粗到φ58.5mm和φ80.5mm，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗入口角選擇15°，工步如圖3所示。

成形模擬及成形力

利用模擬軟件驗證以上工藝的可行性。第1序模擬過程中，鍛件成形穩(wěn)定，縮頸成形力在130t左右，聚料鐓粗成形力為280t，成形較好，成形力分配較合理，如圖4所示。

第2序模擬過程中，鍛件成形穩(wěn)定，縮頸成形力在120t左右，聚料鐓粗的成形力為260t，成形較好，成形力分配較合理，如圖5所示。

第3序模擬過程中，鍛件成形穩(wěn)定，縮頸成形力在130t左右，聚料鐓粗的成形力將近960t，成形較好，成形力分配較合理，如圖6所示。

中間軸冷鍛模具結構

生產(chǎn)中我們采用通用冷鍛模架，預成形和終成形工序的模芯結構簡圖，如圖7所示。凹模結構均采用組合式凹模，凹模與外套采用過盈配合，以施加預緊力，減少冷鍛時模具開裂。凹模模腔材料一般采用Cr12MoV材料，外套采用5CrNiMo材料，冷鍛沖頭也采用Cr12MoV材料。組合凹模受力較大的地方采用典型的2層預應力結構，受力不大的地方采用單層預應力結構。

圖6 中間軸第3序成形情況及成形力對比

工藝過程及成形情況

汽車中間軸所采用的工藝流程如下：

下料→扒皮→球化退火→拋丸→磷化皂化→三工步冷擠壓成形→等溫正火→機加工→磁粉探傷→終檢入庫。

下料后對棒料進行球化退火，退火后硬度在150～160HB之間。等溫正火后的機加工主要是加工鍛件右側的三個凹槽和銑兩個端面及中心孔，冷擠壓后鍛件圖，如圖8所示。

圖7 中間軸冷擠壓模具結構圖

圖8 冷擠壓成形鍛件

結束語

⑴用冷擠壓工藝生產(chǎn)汽車中間軸鍛件工藝可靠，材料利用率高。

⑵采用AFDEX模擬軟件分析產(chǎn)品成形情況比較接近實際，擠壓后鍛件尺寸穩(wěn)定，表面光潔度高。