沈建華

摘要：以一種具有抗震、抗沖擊力的滑移軸替代傳統(tǒng)汽車等速萬向節(jié)中的半軸結構，本文提出一種免焊接的一體式滑移軸套結構，并對因該軸套深孔、長柄易產生產品同軸度超差、筒形壁厚差超差、沖頭易磨損的情況分析并作出改善，優(yōu)化后的成品金屬流線連續(xù)、完整并呈現(xiàn)對稱分布，相對于傳統(tǒng)的焊接式滑移軸套而言，強度、安全性更高。

關鍵詞：汽車半軸；滑移軸套；溫冷鍛造

近年來，我國汽車行業(yè)發(fā)展迅猛，據(jù)統(tǒng)計，2016年我國年產汽車2800余萬輛，已連續(xù)8年蟬聯(lián)全球第一。同時隨著人民生活水平的不斷提高，越來越多的人開始追求駕乘的舒適度和安全性。汽車用等速萬向節(jié)是汽車重要的機械部件，其安裝在汽車差速器與輪轂之間或變速箱末端齒輪與輪轂之間，用于傳遞動力和扭矩。傳統(tǒng)的等速萬向節(jié)總成多由內球籠、外球籠和中間半軸等構成，近年來國內借鑒國外先進技術，在農機、沙灘車等惡劣情況下運行的車型中，將滑移軸結構取代簡單的中間半軸，因滑移軸結構的等速萬向節(jié)總成可以減小外球籠傳遞的震動和沖擊力，可以有效防止半軸的斷裂，同時提高駕乘人員的舒適度。因此，可以預想，今后越來越多的車型會應用具有滑移軸結構的等速萬向節(jié)總成。

滑移軸結構包含滑移軸、滑移軸套、保持架和鋼球，本文中所述的一體式滑移軸套即屬于滑移軸套中的一種。

1 一體式滑移軸套的優(yōu)勢

滑移軸按成形形式可分為一體式滑移軸套和需焊接式滑移軸套，需焊接式滑移軸套采用純冷鍛鍛造，工序為落料、球化退火、鉆孔制坯、拋丸、磷皂化、溝道成形，球化退火時間長，鉆孔制坯材料利用率低，且大變形的冷擠壓使得材料在擠壓變形中冷作硬化現(xiàn)象嚴重，模具拉毛修復后尺寸變化；一體式滑移軸采用溫、冷鍛造結合的工藝，其工序為落料、拋丸、溫鍛流水線（涂層、加熱、正擠、反擠、控溫冷卻）、拋丸、磷皂化、精整溝道，其工序數(shù)雖比需焊接式多，但無球化退火和鉆孔制坯等高耗時、低效率的工序，因此生產周期兩者相當。

一體式滑移軸套的優(yōu)點在于：提高材料利用率，需焊接式滑移軸需預先鉆孔等工序，材料利用率僅為70%左右（需預先鉆孔），而一體式滑移軸可以做到近凈成型，機加工余量非常??；需焊接滑移軸套在后續(xù)焊接工序中易產生各種焊接缺陷，而一體式滑移軸桿部通過溫鍛擠壓成形，筒形與桿部金屬纖維連續(xù)，產品力學性能得到改善，整軸中沒有脆性斷裂的風險。

2 成形的關鍵技術

一體式滑移軸套采用溫、冷鍛造結合的工藝，其關鍵成形工序在于溫鍛反擠工序，因一體式滑移軸套結構表現(xiàn)為筒深、柄細長，控制的難點在于桿部同軸度的控制和筒形壁厚差的控制上，以及合理的上沖頭壽命。因柄部校直會使筒形溝道變形，柄部與筒形的同軸度只能通過溫鍛控制，一般小直徑的溫鍛后道工序比前一道工序凹模大0.3左右，以便前道工序鍛打后的工件能夠順利放入后道工序的型腔中。本文中一體式軸套反擠工序桿部上部分直徑比正擠大0.3，最下面約20mm位置處直徑比正擠小0.2mm，以使在反擠工序中桿部通過溫減徑貼合模具，保證桿部與筒形外圓同軸?？紤]到正擠件放入反擠擠壓筒存有間隙、模具裝配精度和機床剛性等原因，可能導致筒形壁厚差偏大的情況，在反擠凹模上安裝沖頭套導向套，使沖頭在接觸工件前先定位。解決同軸度和壁厚差問題后，最關鍵的就是溫擠反擠沖頭的壽命了，因反擠沖頭細長，反擠過程中較容易發(fā)生因受徑向剪切力而斷裂和沖頭端面磨損變形的事故，我們通過對沖頭結構的調整改變金屬的流動能力和沖頭的受力情況。

3 關鍵工序的數(shù)據(jù)分析

本工件的關鍵工序是反擠筒形的成形。落料后的棒料經溫鍛正擠壓成形，為關鍵工序提供鍛前坯料，為深入了解反擠壓工序變形過程中沖頭受力狀況、金屬流動方向及過程中是否會出現(xiàn)缺陷等問題，我們采用有限元模擬分析軟件DEFORM-3D將該變形過程參數(shù)化模擬，選取近似材質ANSI-1035，環(huán)境及塑性體工件溫度設置700℃，成形過程忽略溫升效應，模具定義為剛性，坯料與模具的接觸摩擦因子為0.25，設置主模具終了行程52mm，并將原始工件分割為50000個四面體有限單元進行分析。

由圖所示，沖頭在剛接觸工件開始反擠時受力最大，達到1090kN并趨于穩(wěn)定至終了位置，六溝道形狀沖頭截面面積1225mm2，單位面積受力約890N/mm2，沖頭材質選用65Nb，調質硬度58-60HRC，該材質與高速鋼的淬火組織中的化學成分相同，但其不含有大量的未溶碳化物，所以韌性和疲勞強度均優(yōu)于高速鋼，且65Nb回火溫度在520℃以上，回火溫度高，具有一定的紅硬性，適合該產品沖頭細長、容易溫升的特性。為優(yōu)化產品流線，同時緩解上沖頭端面R角翻邊，在不影響客戶使用的情況下，將沖頭端面加工成5°斜面，便于金屬的定向流動。通過有限元分析軟件計算，5°斜面沖頭流線更佳，且擠壓力有所降低。

4 結語

針對有限元分析結果，在確定過程中沒有缺陷產生及沖頭強度足夠的情況下，為改善產品流線，增加沖頭壽命，將沖頭平端面改成斜端面，溫鍛生產過程中，對沖頭進行水冷，保證沖頭不會因溫度上升過高而回火軟化變形，通過有限元分析評估，并經實際生產驗證，沖頭壽命和產品同軸度均達到預期效果，滿足批量生產要求。

參考文獻：

[1]吳詩.冷溫擠壓技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，1995.