商用車傳動(dòng)軸鍛件質(zhì)量發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)對(duì)措施

文/孟會(huì)濤，劉其勇·許昌中興鍛造有限公司

商用車傳動(dòng)軸鍛件質(zhì)量發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)對(duì)措施

文/孟會(huì)濤，劉其勇·許昌中興鍛造有限公司

傳動(dòng)軸作為汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的重要部件，用來(lái)連接變速器和驅(qū)動(dòng)橋，傳遞扭矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。隨著用戶對(duì)商用車的安全性與舒適性的要求不斷提高，汽車零部件廠對(duì)于商用車傳動(dòng)軸鍛件的質(zhì)量要求也越來(lái)越高。本文針對(duì)商用車的發(fā)展趨勢(shì)，來(lái)分析市場(chǎng)對(duì)商用車傳動(dòng)軸鍛件質(zhì)量的發(fā)展的影響，以及如何提高商用車傳動(dòng)軸鍛件在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。

傳動(dòng)軸鍛件主要種類

傳動(dòng)軸分為等速傳動(dòng)軸和非等速傳動(dòng)軸，而非等速傳動(dòng)軸是商用汽車關(guān)鍵配套件之一。傳動(dòng)軸鍛件種類很多，如花鍵轂、花鍵軸、中間突緣、萬(wàn)向節(jié)叉、滑動(dòng)叉、花鍵軸叉、端面齒突緣叉等，見(jiàn)圖1。

傳動(dòng)軸鍛件質(zhì)量發(fā)展趨勢(shì)

圖1 傳動(dòng)軸鍛件主要種類

(1）隨著中國(guó)物流行業(yè)發(fā)展增速加快，以公路物流為主的快遞行業(yè)對(duì)于“高速度”和“準(zhǔn)時(shí)化”的要求，原來(lái)商用車用戶對(duì)行車速度要求不高，現(xiàn)在提高了對(duì)行車速度的要求，對(duì)于商用車傳動(dòng)軸生產(chǎn)廠家來(lái)講就得在提高傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速、扭矩上下功夫，轉(zhuǎn)速提高要求鍛件有更高的對(duì)稱度，扭矩提高要求鍛件有更高的內(nèi)在質(zhì)量。傳動(dòng)軸上的部分鑄件逐步被鍛件取代，這也能充分說(shuō)明傳動(dòng)軸對(duì)力學(xué)性能和內(nèi)在質(zhì)量有更高的要求。

(2）由于公路限載，商用車用戶為了載更重的貨物，來(lái)?yè)Q取更高的利潤(rùn)，要求降低整車自身重量，現(xiàn)在大部分整車生產(chǎn)廠家都在推出“輕量化”汽車，如：陜汽推廣的德龍新M3000、德龍X3000等，整車生產(chǎn)廠家必然要求配套企業(yè)減輕零部件重量，從而達(dá)到減輕整車重量的目的。

隨著社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，汽車用戶不僅對(duì)整車的安全性能有更高要求，還提高了對(duì)駕駛舒適性的要求，比如：整車的振動(dòng)、噪聲、駕駛室的舒適性等。在商用車傳動(dòng)軸方面具體體現(xiàn)在：①重型系列為減小振動(dòng)，動(dòng)平衡初始不平衡量由原來(lái)的300g·cm提高到現(xiàn)在的150g·cm；②輕型系列為減小振動(dòng)，動(dòng)平衡初始不平衡量由原來(lái)的50g·cm提高到現(xiàn)在的20g·cm。

隨著傳動(dòng)軸總成標(biāo)準(zhǔn)的提高，傳動(dòng)軸鍛件生產(chǎn)廠家必須盡快提升鍛件質(zhì)量，主要體現(xiàn)在：鍛件尺寸的一致性、錯(cuò)移量、彎曲度、變形量、表面缺陷度等方面。

傳動(dòng)軸鍛件生產(chǎn)廠家該何去何從

首先要與客戶加強(qiáng)溝通，具體來(lái)說(shuō)就是加強(qiáng)與客戶技術(shù)部門的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)軸零部件與鍛件的同步開(kāi)發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)鍛件在材質(zhì)選取及結(jié)構(gòu)上趨于合理（尤其是否有利于鍛造的成形），并且滿足客戶對(duì)少、無(wú)切削，加工余量等方面的需求，最終實(shí)現(xiàn)鍛件的最佳設(shè)計(jì)。具體表現(xiàn)在以下方面：

(1）要在“等強(qiáng)度、輕量化”上下功夫。

A、主要體現(xiàn)在與客戶技術(shù)部門溝通，優(yōu)化零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，去除多余功能，減輕鍛件重量，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)軸零部件的輕量化目標(biāo)。

B、對(duì)現(xiàn)有的零件材料通過(guò)以優(yōu)代劣，使鍛件（零件）在強(qiáng)度等力學(xué)性能指標(biāo)同等的情況下實(shí)現(xiàn)鍛件（零件）重量的大幅度下降。

C、“空心”鍛件的要求，一方面是在不降低強(qiáng)度的情況下，實(shí)現(xiàn)減輕零件重量，如：空心花鍵軸、空心花鍵軸叉；另一方面是為了節(jié)約機(jī)加工費(fèi)用，以及實(shí)現(xiàn)節(jié)約原材料的目的，如：空心滑動(dòng)叉。

D、非調(diào)質(zhì)鋼在傳動(dòng)軸鍛件的應(yīng)用，通過(guò)非調(diào)鋼的應(yīng)用來(lái)達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)，目前在該領(lǐng)域還沒(méi)有成熟的實(shí)例。

E、大模數(shù)花鍵軸（叉）冷軋技術(shù)應(yīng)用，大模數(shù)花鍵套的冷擠壓成形技術(shù)等先進(jìn)鍛造成形工藝都將進(jìn)一步推動(dòng)傳動(dòng)軸壽命進(jìn)一步得到提升。

F、對(duì)部分鍛件采用亞溫鍛造、熱溫聯(lián)合鍛造、溫冷聯(lián)合鍛造等先進(jìn)鍛造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鍛件材料利用率、組織結(jié)構(gòu)、鍛件精度與外觀質(zhì)量的進(jìn)一步提升，并使模具壽命能顯著提高，能耗顯著下降。

(2）提高鍛件材料利用率。

國(guó)內(nèi)模鍛行業(yè)整體材料利用率不高，所以材料利用率高是企業(yè)提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力最關(guān)鍵的一部分，那么如何提高材料利用率？筆者認(rèn)為應(yīng)該從以下幾點(diǎn)入手。

A、根據(jù)鍛件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用少無(wú)飛邊鍛造的方式，提高鍛件的材料利用率。

B、鍛造工藝的優(yōu)劣是材料利用率高低的關(guān)鍵，鍛造工藝的優(yōu)劣主要體現(xiàn)在制坯工藝是否合理，當(dāng)整個(gè)工藝設(shè)計(jì)完成后，可采用三維鍛造模擬來(lái)驗(yàn)證，通過(guò)反復(fù)驗(yàn)證來(lái)找到目前比較合理的鍛造工藝。

(3）從粗放式鍛造向精細(xì)化鍛造方面邁進(jìn)。

A、開(kāi)式模鍛體現(xiàn)在如下幾方面：

①減小加工余量：保證鍛件機(jī)加工余量足夠并且最小，鍛件尺寸公差達(dá)到精密級(jí)。如：根據(jù)零件的特點(diǎn)余量由原來(lái)的單邊2～3mm減小到0～1.5mm，顯著減小了加工余量，降低了鍛件重量，達(dá)到了節(jié)能降耗的目標(biāo)。

②控制氧化皮：殘留在鍛件表面上的氧化皮過(guò)大，導(dǎo)致拋丸后鍛件表面凹凸不平，需要采用少無(wú)氧化加熱技術(shù)以減小氧化皮的產(chǎn)生，同時(shí)在生產(chǎn)的過(guò)程中應(yīng)通過(guò)制坯工藝等手段清除氧化皮，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)加強(qiáng)工人責(zé)任心的教育，從而保證鍛件的美觀。

③控制磕碰傷：減少鍛造各工序中高溫坯料、鍛件的磕碰，需采取相應(yīng)解決措施。如：通過(guò)消除模具及出料通道的尖角，減輕對(duì)高溫坯料及鍛件的磕碰。

④減小殘留毛刺：目前人工成本越來(lái)越高，磨毛刺工序是增加鍛件成本的工序，如欲減少磨毛刺數(shù)量，降低鍛件成本，需要從熱切邊工藝上想辦法，主要體現(xiàn)在不同產(chǎn)品制定不同切邊溫度范圍，并且匹配相應(yīng)的熱切邊模，在鍛造過(guò)程中及時(shí)更換與模具相匹配的切邊模。

B、閉塞鍛造：根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)盡可能采用閉塞鍛造，以進(jìn)一步提高鍛件的材料利用率。

(4） 模具壽命的提高：提高模具壽命也是降低生產(chǎn)成本的重中之重，提高模具壽命可采用以下方法：①模具新材料的應(yīng)用；根據(jù)不同工藝特點(diǎn)選取不同的材料，采用不同的熱處理硬度；②模具堆焊技術(shù)的應(yīng)用；③模具表面強(qiáng)化處理技術(shù)可使模具壽命達(dá)到成倍提高的效果；④選用優(yōu)質(zhì)環(huán)保脫模潤(rùn)滑劑等技術(shù)手段。

許昌中興鍛造公司采取的應(yīng)對(duì)措施

(1）鍛造工藝采用Deform輔助設(shè)計(jì)，應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)如下：

A、新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)：Deform軟件可以對(duì)新產(chǎn)品的整個(gè)鍛造生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行模擬仿真，通過(guò)數(shù)值模擬可以確定鍛造工藝和模具，模擬通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行，減少試模次數(shù)，節(jié)約新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期和成本。

B、鍛造工藝優(yōu)化：通過(guò)Deform模擬可以對(duì)現(xiàn)有的鍛造工藝進(jìn)行分析，找出鍛造工藝中存在的問(wèn)題。模擬輸出的結(jié)果包含金屬的流向、溫度分布及應(yīng)力分布等，使整個(gè)鍛造過(guò)程更加直觀，便于理解。

C、鍛造模具設(shè)計(jì)和修正：通過(guò)CAD軟件設(shè)計(jì)出模具的三維造型后，可以在Deform軟件中進(jìn)行鍛造模擬，從而發(fā)現(xiàn)鍛造模具存在的問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行修正。

D、鍛件坯料設(shè)計(jì)：通過(guò)Deform軟件對(duì)整個(gè)鍛造過(guò)程的模擬，可以確定鍛件坯料的規(guī)格（最佳直徑和長(zhǎng)度）及重量，最大限度地提高材料利用率。

E、鍛件缺陷分析：對(duì)Deform輸出的鍛件結(jié)果分析，可以發(fā)現(xiàn)鍛件中存在的折疊、缺肉、尺寸超差等缺陷，并對(duì)其進(jìn)行修正。

(2）運(yùn)用3D測(cè)量技術(shù)。

A、可利用3D掃描檢測(cè)復(fù)雜鍛件的關(guān)鍵尺寸（人工沒(méi)辦法測(cè)量）、彎曲、錯(cuò)移、機(jī)加工定位基準(zhǔn)的變化情況等方面，見(jiàn)圖2。

B、復(fù)雜模具的測(cè)量：①可利用理論模具型腔與實(shí)際掃描出的模具型腔進(jìn)行比對(duì)，來(lái)檢驗(yàn)新模具是否合格，減少由于尺寸不合格帶來(lái)的不必要的損失，見(jiàn)圖3。②檢測(cè)鍛造過(guò)程中模具的變化情況，積累數(shù)據(jù)，在設(shè)計(jì)模具時(shí)將容易磨損及變形部位給予合理補(bǔ)償，來(lái)提高模具使用壽命。

(3）許昌中興鍛造公司的模具有上千種之多，模具管理起來(lái)比較繁瑣，并且在尋找模具過(guò)程中浪費(fèi)了大量時(shí)間，管理成本較高。公司采用模具庫(kù)管理軟件，并采用區(qū)域標(biāo)識(shí)管理，這樣就可以大大節(jié)約人工成本及管理成本。現(xiàn)在的模具管理流程，見(jiàn)圖4。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量模具圖片

圖3 掃描后生成三維模型圖片

圖4 模具管理流程圖

一套模具終身只有一個(gè)身份證代碼，可以反映出一套模具在完成它使命過(guò)程中不同階段存在不同的失效模式，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，便于優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及保證鍛件質(zhì)量的一致性。

結(jié)束語(yǔ)

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，要求零部件生產(chǎn)廠商必須進(jìn)一步提升產(chǎn)品質(zhì)量，以滿足用戶及汽車廠家的要求，這就迫使零部件廠家必須用“創(chuàng)新”的眼光去重新審視自己的產(chǎn)品，否則就會(huì)被競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手擊垮，被競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手淘汰出局。