商用車后橋差速器左殼鍛件節材工藝技術研究

文/桂安朋·一汽鍛造（吉林）有限公司

商用車后橋差速器左殼鍛件節材工藝技術研究

文/桂安朋·一汽鍛造（吉林）有限公司

因載重汽車噸位的增加，對差速器殼性能要求也越來越高。部分差速器殼已由鑄件改為鍛件，調質后有較高的抗疲勞極限和抗多次沖擊能力，低溫沖擊韌性好。本文以差速器左殼為例，論述由模鍛錘工藝改為機鍛工藝的改進過程。

差速器由差速器殼、行星齒輪、行星齒輪軸及半軸齒輪等零件組成。差速器殼將差速齒輪和半軸齒輪及十字軸等骨架組合在一起，其外部與從動錐齒輪或外齒環相連接。差速器殼兩端裝有滾錐止推軸承。差速器殼是差速器的主體，作用為:①安置十字軸或一字橫軸。②可保持差速器與后橋驅動車輪的傳動軸線不變。③力矩通過差速器傳動出去。

現狀

差速器左殼系列鍛件是汽車后橋差速器上的零件，改進前為傳統的鍛造工藝，3t和5t蒸汽錘聯合鍛造，工藝如圖1所示：下料→加熱→鐓粗→預鍛→終鍛→熱切邊→調質→清理→加工內孔→入庫。模鍛錘的特點是無頂出機構，導軌精度低，不適于采用閉式模鍛生產精密鍛件及深模膛鍛件，一般采用開式模鍛生產普通模鍛件，所以存在以下問題：①鍛件有飛邊，材料利用率低。②路線長，工人勞動強度大，人工成本高。③使用天然氣加熱，蒸汽錘鍛打，能源消耗高。④工藝原因，無法實現沖孔，需要后續加工內孔，費用高，鍛件周轉周期長。⑤坯料加熱時間長，氧化嚴重，表面缺陷大，加工余量大，客戶抱怨。⑥由于模鍛錘的導向精度差，鍛件錯差在生產中不宜保證。⑦模具采用整體模塊，模具材料為5CrNiMo，模具先期投入大。

圖1 差速器左殼的傳統鍛造工藝

解決措施

⑴機械壓力機的鍛造特點。①工作環境好。噪聲和振動小，有利于操作人員的身心健康。②節約資源。導軌長，導向精度高，裝有上下頂料裝置，所生產鍛件精度高，因此節約材料和能源，減少后續加工工序和工時等，有利于降低鍛件成本。③生產率高。空行程和連續加載行程次數多，有利于提高生產率。④工藝穩定性高。操作主要靠機械控制，人為因素少，生產穩定性高，可降低檢驗費用，因此可以降低制造和管理成本。⑤多種功能。機械壓力機空程速度高和加載速度低、且抗偏載能力強，故適用范圍廣。

⑵解決措施。按照差速器左殼系列鍛件的最大直徑，如果按傳統經驗公式進行計算鍛造壓力P（噸）。經計算最大噸位超過4200t，不符合鍛壓機的使用原則。可見鍛造所需鍛造力是由投影面積大小決定的。

為解決這一問題，決定采用閉式鍛造。鑒于模擬的指導原則是終鍛先充滿型腔后出毛刺，這樣就大幅降低了模具的承壓力，可提高模具壽命，降低設備打擊力。先用鍛造模擬技術進行模擬，經過模擬，設備打擊力為3300t，所以，選擇在4000t鍛壓機上生產，符合設備使用原則。

改進后在4000t鍛壓機上生產，工藝如圖2所示：下料→加熱→成形鐓粗→預鍛→終鍛→熱沖孔→調質→清理→入庫，具有以下優點：①實現無飛邊鍛造，提高材料利用率。②不用聯合鍛造，降低人工成本。③使用中頻感應電加熱，降低能源消耗。④鍛件直接沖孔，減少了加工內孔費用，縮短了鍛件周轉周期。⑤減小加工余量，提高了機加工效率，降低了刀具消耗，減少了客戶抱怨。⑥模具采用鑲塊組合式結構，模具材料為H13，模具投入小。

圖2 改進后的鍛造工藝

工藝對比

⑴材料利用率。精密鍛造工藝是坯料金屬在模具封閉模膛內成形，無飛邊或出現較小飛刺，材料利用率和鍛件精度均比傳統模鍛件高，材料利用率比原來鍛件提高7%。

⑵模具。由于精密鍛造工藝沒有橋和倉部，所以模塊采取小型化、標準化，用標準鑲塊座、壓套或壓環，模具僅為小型的回轉體，加工費用、模具材料成本都大幅降低，生產時裝配簡單、快捷。而且還可以根據需要和加工能力采取鑲塊式結構，對終鍛上模采取肢解鑲塊式，大幅降低了由于模具局部損壞造成的模具消耗，而傳統工藝模塊大，更換不方便。

⑶防錯。原來鍛造工藝沒有防止錯差的鎖口，精密鍛造導程封料間隙僅為0.2～0.4mm，既起到封料作用，還防止了鍛件錯差，避免了傳統工藝因調整錯差引起的停工臺時，提高了生產效率。

⑷切邊與沖孔。原來鍛造工藝如采用切邊沖孔復合模，一種鍛件一套復合模，每套復合模價格在1萬元以上，如圖3所示，而且在生產過程中要求操作者具有較高調整技能，故障發生點較多，經常需要停工更換或修復模具，嚴重影響生產效率。在切邊時鍛件法蘭容易變形。精密鍛造工藝采用簡單沖孔模，如圖4所示，多種鍛件共用一套沖孔模體，一臺設備僅需一套沖孔模體，鍛件換品種僅需更換沖頭、沖孔座，模具價格在2000元內，且模具故障率大幅降低。由于不需要切邊，不存在法蘭切邊變形等問題。

傳統工藝更換鍛件品種必須更換復合模，調整復雜，常常需要1h以上，且模具結構復雜，設計及加工成本較高。精密鍛造工藝更換鍛件品種時只需更換沖頭、沖頭座，操作簡單僅需10min，且模具結構簡單，通用性好，設計及加工成本都很低。

圖3 切邊沖孔復合模

圖4 精密鍛造工藝采用的沖孔模

結束語

由此可見，該件工藝改進提高了材料利用率，降低了人工成本，減少了能源消耗，縮短了鍛件的生產周期，減小了加工余量，降低了刀具消耗，為類似鍛件或投影面積相同的鍛件在4000t鍛壓機上生產提供了依據，對今后開發新產品與改進工藝具有重要意義。