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锻锤锻造半轴的模具设计工艺及应用

 半轴,又?#26143;?#21160;轮轴,如图1所示,是机械产品上的一个关键零部件,用于向轮胎传递动力,从而带动整车前进,由于其是动力传输的关键部件,因此对产品的性能要求较高,既要能满足高强度载?#19978;?#20351;用,又要满足足够的使用寿命。半轴一般由大盘A和较长的杆部B组成,截面变化大,锻造工艺性较差。
目前国内半轴的生产工艺主要有:⑴胎模锻成形,自由锻拔长杆部后,胎模锻锻打成形,这种工艺局限性较大,残留飞边及毛刺大,表面质量差,模具寿命短,生产效?#23454;停?#22823;盘A厚度尺寸不稳定;⑵摆辗成形,在液压机上进行局部镦粗后,在摆辗机上成形,这种工艺生产效?#23454;停?#29983;产成本高。
半轴
图1 半轴结构示意图

半轴锻造模具工艺设计

模具结构

本次半轴模具设计时,采用自由锻制坯后,锤上模锻成形这一工艺方式。图2、图3所示为一种半轴类模锻件锤上模锻模具,包括:上模组件、下模组件和顶出组件。
半轴锻造
图2 锤上模锻模具
半轴锻造
图3 锤上模锻模具局部剖视图
上模组件包括:上模2,上模2通过楔子和键紧固在模锻锤锤头C上。
下模组件包括:下模1,下模1通过楔子和键紧固在模锻锤夹?#21046;鱀上,工作时,上模2在锤头C带动下,通过锁扣导向击打放在下模1内的中间坯上。
顶出组件包括:顶杆3、打杆4,顶杆3和打杆4均放在下模1内,工作时,打杆4前端斜面在外界力量的作用下向前推动顶杆3下端斜面,将半轴向上顶出。

锻件加工具体操作步骤

⑴将棒料加热到1100℃~1150℃后,使用自由锻或平锻机模锻将棒料制成中间坯,其形状如图4所示;
半轴锻造
图4 半轴锻件中间坯
⑵将中间坯加热到1150℃~1200℃后,放在半轴类模锻件锤上模锻模具下模1内;
⑶在模锻锤锤头C的带动下,上模2在锁扣的导向下击打在放在下模1内的中间坯上,迫使中间坯充满型腔,多次锻打后最终成形,终锻温度不低于950℃;
⑷使用榔头或其他外力推动打杆4,通过顶杆3将水平作用力转化为向上的作用力,顶出在下模1内的半轴;
⑸取走半轴后,抽出打杆4,顶杆3回落,完成一个工作循环。
达?#21483;?#26524;

⑴由于采用制坯后锤上模锻成形,最后切除飞边的工艺,锻件表面质量好,尺寸稳定,无残留飞边及毛刺。
⑵由于在模具中设计了顶出装置,?#34892;?#35299;决了长杆类零件无法使用锤上模锻生产的问题。
⑶模具结构新颖,使用寿命长,工艺适应性强,设计简单,操作方便,生产效率高,便于机械自动化生产,大大降低了生产成本。

实际应用状况

在实际应用时,由于锻件尺寸太长,一般?#26012;?#21387;床封闭不够,所以不能像一般锻件一样?#30001;?#38754;放入凹模,这就需要采用一种立式带分体旋转凹模的?#26012;?#27169;方可完成锻件飞边的切除,如图5、图6所示,?#20204;斜?#27169;包括:冲头1、固定凹模2、凹模固定板3、底座4、旋转凹模5、旋转轴6、锁紧销7;将冲头的上端与机床设备上的滑块A连接,固定凹模2通过螺钉固定在凹模固定板3上,凹模固定板3连接在底座4上,旋转凹模5可围绕旋转轴6水平旋转,用锁紧销7将旋转凹模5与固定凹模2固定。工作时旋开凹模,将零件从前面平放入凹模,然后锁上凹模并完成?#26012;?#24037;序,具体可参看我厂专利“半轴类模锻件立式分体旋转凹模?#26012;?#27169;具”。
完成锻造工序后,半轴锻件再经过热处理、喷丸、粗加工、感应淬火、精加工、探伤工序就可完成所有加工工序。其中热处理一般采用正火+调质工艺(图7),我厂使用?#32856;?#24335;热处理炉或悬挂式热处理炉,正火(保温时间1~2h)主要是为改善锻后网状组织和晶粒粗大?#28909;?#38519;,为后续调质做准备,降低淬裂风险。调质(淬火保温时间1.5~2h、回火保温时间2~2.5h)处理是为了改善锻件机械性能、提高使用寿命。
半轴锻造
图5 半轴?#26012;?#27169;主视图
半轴锻造
图6 半轴?#26012;?#27169;俯视图
半轴锻造
图7 半轴锻件热处理工艺曲线
半轴锻造
图8 生产的半轴实物图

结束语

该半轴锤上模锻工艺目前在我厂13t、16t模锻锤生产线?#40092;?#29616;了农业机械驱动轮轴及工程机械类半轴产品的大批量生产,已累计生产各种半轴锻件6万件以上(图8),锤锻模模具寿命能达到2500~3000件,具有较高的经济价值和推广应用前景。需要注意的是,锤锻模在采用下落、堆焊翻新时,由于下模杆部位置?#19981;?#36880;渐磨损,所以在翻新两到三次后应对下模杆部位置进行修理,下模杆部不能有“鼓肚”现象,以防止锻打时锻件杆部变粗后出现半轴锻件卡在下模内现象。
—— 来源:《锻造与冲压》2019年第19期

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