大多數汽車運轉過程的驅動部件是半軸，其主要功能是傳遞汽車的扭矩。行駛中的汽車，汽車發動機會將扭矩通過傳動器傳遞給半軸，再由半軸傳至汽車車輪，是汽車前進和后退過程的主要動力來源。汽車在啟動過程和爬坡的時候往往具有較大的扭矩，汽車的緊急制動及處于不平坦道路時的扭矩變化也較大。這是由于半軸在汽車運行過程中需要承受多種性質不同的力的作用，這種特征就要求半軸材質需要達到要求的抗彎強度與抗剪強度，并且其韌性也需要滿足條件。當前情況下傳統的半軸工藝已經難以適應市場需求。汽車半軸的生產需要不斷融入新技術、新工藝。

　　一、汽車半軸鍛造工藝方案分析

　　在汽車的所有軸類鍛件中，汽車半軸是最為典型的長軸類鍛件，半軸是一種實心軸，在軸類鍛件中承受著最大的扭矩，其在驅動輪和差速器間發揮傳遞扭矩的作用，半軸內部通過花鍵與半軸齒輪相接，半軸外端則與輪轂連接，由于汽車半軸具有傳動性的屬性，這就需要半軸具備必要的強度與剛度。擺輾機垂直壓緊、松開液壓缸結構，將半軸桿部緊緊的壓入模槽內，桿部不會有金屬物質的流進，桿部不會在軸向上發生滑動，可以使法蘭滿足需要的厚度與長度標準。新的擺輾工藝能夠很大程度上消除掉舊工藝桿部因自由鍛而容易出現的折疊、壓痕等常見缺陷，進而使得半軸的質量得不到有效保證。

　　二、半軸制坯

　　(一)工藝分析汽車法蘭盤件中最為典型的組件便是半軸，鍛件頭部大小與桿部直徑差別巨大，半軸頭部的直徑為Φ141mm，桿部直徑為Φ40mm，這就需要得到合理的毛坯形狀。采用直徑為Φ40mm的棒料對法蘭盤進行部分聚料，而后對法蘭盤進行擺輾過程。采用這種制坯工藝要用到鋸床、液壓機，實際應用較為廣泛。汽車半軸鍛件常用的材料是40Cr，法蘭盤體積等同于半軸桿部直徑40mm、長度為151mm的棒料，長徑比值為3.8。當長徑比大于2.5的時候，只是簡單的自由鐓粗，極易出現失穩缺陷。在目前情況下，更多的采用局部約束方式進行制坯，整個制坯過程可以一次工序實現，不會產生折疊裂紋，也能夠滿足后續流程擺輾成形的各項要求。

　　(二)擠壓變形過程首先將金屬毛坯放入模具模膛中，并不斷施加壓力，當模具上的壓力和下壓速度不斷加大的狀態下，金屬會被不斷擠出模膛，最終便可以獲取到想要的鍛件形狀，金屬擠壓件也會具有特定的力學性能(圖1)。半軸擠壓制坯模具示意圖見圖2。

　　三、法蘭成形

　　(一)回轉與壓力中心機器的回轉中心對應有擺頭模具的頂點。在此基礎上，位于頂點水平面中的錐模母線尺寸需要與鍛件圖尺寸相同。不同于往常的鍛壓設備的冷擠壓成形工藝，采用擺動輾壓成形的過程為偏心受力，壓力的傳遞通過圓周邊沿著半徑方向至圓心處。

　　(二)擺角的選擇擺頭模具軸線與主軸線傾斜夾角稱為擺角。通常情況下，擺角越大，金屬垂直流動性就越小，會有更小的徑向流動，以及擺輾力與偏心力矩也會隨之變小，不過變形量會隨著擺輾次數不斷增加。因此，在進行冷輾過程時，擺角可以取1~2°;進行熱輾的時候，擺角通常取值3~5°。鍛件的鉚接過程中，為了使金屬徑向流動加快，擺角取值為4~5°，如圖3所示。圖3回轉中心與壓力中心示意圖

　　(三)每轉進給量當輾壓力較小，即s較小時，就容易產生上蘑菇效應，使鍛件鍛不透，影響鍛件質量。一般最小的s值按下式計算：式中，Smin=每轉最小進給量(mm);H=輾壓后工件的高度(mm);輾壓后工件的半徑(mm);γ=擺角(°)。

　　(四)面積接觸率的計算面積接觸率是擺輾凸模與毛坯接觸面積Ac與毛坯表面積A的比值。本設計中，λ的計算公式均基于圓錐與圓柱平面壓下相交求出的。根據波蘭馬爾辛尼克教授給出的公式：式中，λ=面積接觸率;S=每轉工件進給量(mm/r);R=工件的半徑(mm);γ=擺角(°)

　　(五)分模面的選擇在選擇分模面方面，需要兼顧兩方面的內容，其一是鍛件可以從模膛中取出，其二是要滿足金屬容易在模膛中充填充分，便于加工制造。新技術工藝采取開式模，在位于鍛件最大輪廓尺寸的凸模一側選擇分模面。分模面A-A的選取見圖4所示。

　　四、結語

　　應用半軸擺輾的新工藝，能夠更大程度上提升擺輾機和液壓機構成的擺輾機組工作效力。在實際生產中，需要結合擺輾自身的工藝特征，選擇分模面時確保鍛件易于從模膛中拿出的先決要素，同時要在模膛中容易填充滿金屬，整個加工流程較為便捷。同時由于擺動輾壓變形主要是通過局部接觸進行加壓，很大程度上減小了接觸面積和單位面積上的壓力。

　　參考文獻:

　　[1]李健,王海榮.汽車半軸鍛件頭部鐓擠-摩擦焊工藝研究[J].新技術新工藝,1998,(1):25,26.

　　[2]張建業.車軸鍛造生產過程監測管理系統開發[D].華中科技大學,2019.

　　[3]高曉勇,陳庚,陳金超.基于工業以太網控制的鋁合金輪轂鍛造自動化生產線[J].機械設計,2018,35(S1):413-416.

　　[4]江磊,朱華炳,王烽,等.基于機器視覺的汽車半軸花鍵參數檢測[J].組合機床與自動化加工技術,2019(11).

　　[5]白孝俊,李軍迎,劉玲玲,等.半軸鍛件錘上模鍛工藝設計及應用[J].鍛造與沖壓,2019(19).

　　《汽車半軸自動化鍛件生產新技術》來源：《冶金管理》，作者：張春祥 劉磊 李健韜