商用車傳動軸鍛件質量發展趨勢及應對措施

文/孟會濤，劉其勇·許昌中興鍛造有限公司

商用車傳動軸鍛件質量發展趨勢及應對措施

文/孟會濤，劉其勇·許昌中興鍛造有限公司

傳動軸作為汽車傳動系統的重要部件，用來連接變速器和驅動橋，傳遞扭矩和旋轉運動。隨著用戶對商用車的安全性與舒適性的要求不斷提高，汽車零部件廠對于商用車傳動軸鍛件的質量要求也越來越高。本文針對商用車的發展趨勢，來分析市場對商用車傳動軸鍛件質量的發展的影響，以及如何提高商用車傳動軸鍛件在市場中的競爭力。

傳動軸鍛件主要種類

傳動軸分為等速傳動軸和非等速傳動軸，而非等速傳動軸是商用汽車關鍵配套件之一。傳動軸鍛件種類很多，如花鍵轂、花鍵軸、中間突緣、萬向節叉、滑動叉、花鍵軸叉、端面齒突緣叉等，見圖1。

傳動軸鍛件質量發展趨勢

圖1 傳動軸鍛件主要種類

(1）隨著中國物流行業發展增速加快，以公路物流為主的快遞行業對于“高速度”和“準時化”的要求，原來商用車用戶對行車速度要求不高，現在提高了對行車速度的要求，對于商用車傳動軸生產廠家來講就得在提高傳動軸轉速、扭矩上下功夫，轉速提高要求鍛件有更高的對稱度，扭矩提高要求鍛件有更高的內在質量。傳動軸上的部分鑄件逐步被鍛件取代，這也能充分說明傳動軸對力學性能和內在質量有更高的要求。

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

隨著社會的進步與發展，汽車用戶不僅對整車的安全性能有更高要求，還提高了對駕駛舒適性的要求，比如：整車的振動、噪聲、駕駛室的舒適性等。在商用車傳動軸方面具體體現在：①重型系列為減小振動，動平衡初始不平衡量由原來的300g·cm提高到現在的150g·cm；②輕型系列為減小振動，動平衡初始不平衡量由原來的50g·cm提高到現在的20g·cm。

隨著傳動軸總成標準的提高，傳動軸鍛件生產廠家必須盡快提升鍛件質量，主要體現在：鍛件尺寸的一致性、錯移量、彎曲度、變形量、表面缺陷度等方面。

傳動軸鍛件生產廠家該何去何從

首先要與客戶加強溝通，具體來說就是加強與客戶技術部門的聯系，實現傳動軸零部件與鍛件的同步開發，從而實現鍛件在材質選取及結構上趨于合理（尤其是否有利于鍛造的成形），并且滿足客戶對少、無切削，加工余量等方面的需求，最終實現鍛件的最佳設計。具體表現在以下方面：

(1）要在“等強度、輕量化”上下功夫。

A、主要體現在與客戶技術部門溝通，優化零件的結構設計，去除多余功能，減輕鍛件重量，實現傳動軸零部件的輕量化目標。

B、對現有的零件材料通過以優代劣，使鍛件（零件）在強度等力學性能指標同等的情況下實現鍛件（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度的情況下，實現減輕零件重量，如：空心花鍵軸、空心花鍵軸叉；另一方面是為了節約機加工費用，以及實現節約原材料的目的，如：空心滑動叉。

D、非調質鋼在傳動軸鍛件的應用，通過非調鋼的應用來達到節能降耗的目標，目前在該領域還沒有成熟的實例。

E、大模數花鍵軸（叉）冷軋技術應用，大模數花鍵套的冷擠壓成形技術等先進鍛造成形工藝都將進一步推動傳動軸壽命進一步得到提升。

F、對部分鍛件采用亞溫鍛造、熱溫聯合鍛造、溫冷聯合鍛造等先進鍛造技術，實現鍛件材料利用率、組織結構、鍛件精度與外觀質量的進一步提升，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。

國內模鍛行業整體材料利用率不高，所以材料利用率高是企業提升市場競爭力最關鍵的一部分，那么如何提高材料利用率？筆者認為應該從以下幾點入手。

A、根據鍛件的結構特點，采用少無飛邊鍛造的方式，提高鍛件的材料利用率。

B、鍛造工藝的優劣是材料利用率高低的關鍵，鍛造工藝的優劣主要體現在制坯工藝是否合理，當整個工藝設計完成后，可采用三維鍛造模擬來驗證，通過反復驗證來找到目前比較合理的鍛造工藝。

(3）從粗放式鍛造向精細化鍛造方面邁進。

A、開式模鍛體現在如下幾方面：

①減小加工余量：保證鍛件機加工余量足夠并且最小，鍛件尺寸公差達到精密級。如：根據零件的特點余量由原來的單邊2～3mm減小到0～1.5mm，顯著減小了加工余量，降低了鍛件重量，達到了節能降耗的目標。

②控制氧化皮：殘留在鍛件表面上的氧化皮過大，導致拋丸后鍛件表面凹凸不平，需要采用少無氧化加熱技術以減小氧化皮的產生，同時在生產的過程中應通過制坯工藝等手段清除氧化皮，在生產環節加強工人責任心的教育，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，需采取相應解決措施。如：通過消除模具及出料通道的尖角，減輕對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，如欲減少磨毛刺數量，降低鍛件成本，需要從熱切邊工藝上想辦法，主要體現在不同產品制定不同切邊溫度范圍，并且匹配相應的熱切邊模，在鍛造過程中及時更換與模具相匹配的切邊模。

B、閉塞鍛造：根據產品的特點盡可能采用閉塞鍛造，以進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模具新材料的應用；根據不同工藝特點選取不同的材料，采用不同的熱處理硬度；②模具堆焊技術的應用；③模具表面強化處理技術可使模具壽命達到成倍提高的效果；④選用優質環保脫模潤滑劑等技術手段。

許昌中興鍛造公司采取的應對措施

(1）鍛造工藝采用Deform輔助設計，應用優點如下：

A、新產品開發：Deform軟件可以對新產品的整個鍛造生產過程進行模擬仿真，通過數值模擬可以確定鍛造工藝和模具，模擬通過計算機進行，減少試模次數，節約新產品開發周期和成本。

B、鍛造工藝優化：通過Deform模擬可以對現有的鍛造工藝進行分析，找出鍛造工藝中存在的問題。模擬輸出的結果包含金屬的流向、溫度分布及應力分布等，使整個鍛造過程更加直觀，便于理解。

C、鍛造模具設計和修正：通過CAD軟件設計出模具的三維造型后，可以在Deform軟件中進行鍛造模擬，從而發現鍛造模具存在的問題，對其進行修正。

D、鍛件坯料設計：通過Deform軟件對整個鍛造過程的模擬，可以確定鍛件坯料的規格（最佳直徑和長度）及重量，最大限度地提高材料利用率。

E、鍛件缺陷分析：對Deform輸出的鍛件結果分析，可以發現鍛件中存在的折疊、缺肉、尺寸超差等缺陷，并對其進行修正。

(2）運用3D測量技術。

A、可利用3D掃描檢測復雜鍛件的關鍵尺寸（人工沒辦法測量）、彎曲、錯移、機加工定位基準的變化情況等方面，見圖2。

B、復雜模具的測量：①可利用理論模具型腔與實際掃描出的模具型腔進行比對，來檢驗新模具是否合格，減少由于尺寸不合格帶來的不必要的損失，見圖3。②檢測鍛造過程中模具的變化情況，積累數據，在設計模具時將容易磨損及變形部位給予合理補償，來提高模具使用壽命。

(3）許昌中興鍛造公司的模具有上千種之多，模具管理起來比較繁瑣，并且在尋找模具過程中浪費了大量時間，管理成本較高。公司采用模具庫管理軟件，并采用區域標識管理，這樣就可以大大節約人工成本及管理成本。現在的模具管理流程，見圖4。

圖2 現場測量模具圖片

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身份證代碼，可以反映出一套模具在完成它使命過程中不同階段存在不同的失效模式，建立數據庫，便于優化模具結構設計及保證鍛件質量的一致性。

結束語

隨著汽車行業的快速發展，要求零部件生產廠商必須進一步提升產品質量，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“創新”的眼光去重新審視自己的產品，否則就會被競爭對手擊垮，被競爭對手淘汰出局。