中國精密鍛造工藝和模具發展現狀（下）

文／章立預，鄭英俊，胡紅旗·太倉久信精密模具股份有限公司

徐祥龍·江蘇森威精鍛有限公司

《中國精密鍛造工藝和模具發展現狀》（上）見《鍛造與沖壓》2018年第1期

汽車等速萬向節（CVJ）

汽車等速萬向節，英文縮寫CVJ，是汽車傳動系統的關鍵部件。CVJ系統中的幾個部件，非常適合于精密鍛造，包括三銷套（TJ）、球籠（BJ）、內星輪、十字軸等。基于幾十年的發展，中國企業已經掌握了相關的工藝和模具技術。

⑴三銷套（TJ）/球籠（BJ）。

除了小部分主要用于微型車的TJ部件是低碳鋼冷鍛成形的，大部分相對尺寸較大的TJ部件主要采用中碳鋼。在售后市場上，最常見的TJ部件工藝是三步熱鍛成形的，國內許多小型企業使用三臺單工位液壓機或一臺單工位熱模鍛壓力機鍛造的部件來滿足售后服務市場的要求。

OEM市場的零件要求更高，尤其在尺寸精度、微觀組織、脫碳層深度等方面。一些大型企業從德國和日本進口了先進的多工位壓力機，如圖19和20所示。根據公布的信息，舒勒壓力機的年產量可以達到450萬件以上，工藝過程是四工位溫鍛及一工位冷精整。

圖19 五工位Kurimoto C2F-20GWL

圖20 五工位Schuler MME-2000

目前，冷精整前已經采用更為環保的高分子涂層作為潤滑，效果已經得到驗證。為提高模具壽命，冷精整模具選用耐磨的硬質合金材料做模芯，其表面粗糙度拋光至Ra0.04μm以下。沖頭材料選用高速鋼，硬度60～62HRC，用高速銑加工成形。

⑵內星輪。

內星輪三工位冷鍛成形，與熱鍛成形相比，具有鍛件尺寸精度高、生產效率高、材料利用率高等優點。但是坯料前處理工序長，且鋼坯需要磷皂化處理，對環境不友好，容易造成環境污染等問題。

國內某廠家開發成功了熱鍛與閉式冷精整相結合的工藝，大大提高了效率，消除了磷皂化對環境的危害。

閉式模鍛技術

閉式模鍛是一種先進的精密鍛造技術，適合閉模鍛造的零部件主要有十字軸、錐齒輪、噴油嘴、內星輪等（圖21）。國內部分廠家已經完全掌握了閉式模鍛的工藝、模具設計以及制造技術。

圖21 典型的閉式模鍛鍛件

閉式模鍛的關鍵設備是閉式模架，其中最重要的部件是背壓動力源。國內部分廠家已經能獨立設計和制作這種模架及附件，動力源多選用附加氮氣缸或氮氣彈簧，并在大批量的鍛件生產中得到了充分的驗證與肯定。越來越多的廠家開始受益于所選用的閉式模架與氮氣彈簧動力源。圖22所示為雙向氮氣彈簧閉式模架，這是一個雙向閉式模架示意圖，氮氣彈簧主要從美國進口。

圖22 雙向氮氣彈簧閉式模架

傘形齒輪

目前，中國是世界上傘形齒輪生產量及使用量最大的國家。典型生產公司代表：江蘇太平洋精鍛、江蘇飛船等，工藝設計、模具設計制造以及大批量生產管理等核心技術均已成熟。不同種類的車輛對齒形精度有不同要求，商用車必須符合標準GB/T 11365-1989 class8～10，而乘用車應滿足class7～9。熱/溫精密鍛造可以滿足class9～10的要求。目前有兩種工藝，可以確保精鍛錐齒輪的精度高于class8，一種方法是熱/溫鍛和冷精整，另一種方法是直接冷精鍛成形。圖23所示為差速器傘形齒輪。

圖23 差速器傘形齒輪

汽車差速器錐齒輪對嚙合穩定性和噪聲要求嚴格，需要對齒形和齒向進行修形。與EDM方法相比，高速銑具有較高的效率，在中國已被廣泛采用，但昂貴的模具成本阻礙了其在大模數錐齒輪模具中的應用，因此通常的解決方法是使用電極放電加工型腔，電極用高速銑加工。一些廠家正在尋找新工藝，如電化學加工模具，但在汽車模具工業中并沒有大范圍使用，目前只在一些軍工企業里有某些應用。

中國精密鍛造行業開發與研究方向

目前，國內精密鍛造行業正在圍繞下列各點進行研究和開發工作。

節能環保

⑴輕型汽車鍛件的研究。

1)鋁鎂等輕合金鍛造；

2)中空結構零件成形。

⑵新型潤滑方式的研究，取代傳統磷皂化潤滑。

1)改變傳統的冷鍛成形工藝，使用溫鍛和冷精整工藝；

2)用冷擠壓油或Bechem等新型潤滑劑，冷鍛小變形零件。例如：溫鍛后的冷精整小型花鍵軸；

3）高分子潤滑劑，例如：小模數錐齒輪，結合齒環；

4)高分子潤滑劑、冷擠壓油等用于TJ、BJ和某些反擠壓的冷精整。

自動化鍛造

隨著人工成本的不斷攀升，越來越多的企業已經開始考慮應用自動化，推動“以機代人”智能化發展。在鍛造行業，比較典型的三種方式有：①機器人；②數控步進梁；③簡易搬運工裝。

高精度鍛件

⑴優化過程。

升級工藝可以大大提高鍛件尺寸精度，特別是在工藝中應用先進的設備。如多工位技術，側向擠壓、振動擠壓、與伺服壓力機相結合的工藝等。

⑵高精度的制造要求。

先進的數控機床用于模具制造越來越多，大大提高了模具的尺寸精度。

中國精密鍛造行業面臨的困難

⑴隨著社會老齡化的加劇和年輕人不愿意從事鍛造工作，再加上幾年前一些大學撤銷了鍛造專業，現在面臨專業人才的短缺；

⑵高品質模具材料必須進口；

⑶高品質鍛造材料必須進口。

結束語

中國精密鍛造行業已經取得了巨大進步，體現在一些典型的精密鍛件上，例如變速箱傳動軸、整體式結合齒、結合齒環、CVJ鍛件等。國內一些廠家已經完全掌握了這些零件的工藝設計、模具設計和制作。未來幾年，國內領先的精密鍛造廠家將會專注于自動化、高精度鍛件和非磷皂化工藝的研究和發展。