1 前言

　　當(dāng)前面對激烈的市場競爭和資源與環(huán)境問題的嚴峻挑戰(zhàn)凭戴，研究開發(fā)具有原始創(chuàng)新性的復(fù)合成形工藝，實現(xiàn)汽車贰漱、農(nóng)機等行業(yè)中的重要鍛件的近凈成形摊壳，具有重要的意義。本文介紹了作者近些年來采用產(chǎn)學(xué)研方式窑岖，獨立自主開發(fā)成功的實現(xiàn)汽車经聊、農(nóng)機產(chǎn)品的鍛件近凈成形的幾種典型復(fù)合成形工藝。這些研究成果已應(yīng)用于實際生產(chǎn)匹惊，并取得了顯著的經(jīng)濟效益守譬。

　　2 典型鍛件復(fù)合近凈成形工藝

　　2.1 汽車半軸套管的正擠橫軋成形工藝

　　2.1.1 產(chǎn)品簡介與傳統(tǒng)工藝

　　半軸套管是汽車后橋上的重要零部件，它承受動態(tài)垂直載荷與扭矩凛忿。作為汽車上的重要保安類鍛件澈灼，目前國內(nèi)外多沿用傳統(tǒng)的整體式設(shè)計（圖1）和整體式模鍛（或胎模鍛）成形工藝來制造半軸套管。從圖1可知店溢，半軸套管的幾何特征為：法蘭直徑是管體小端直徑的3倍叁熔；而管體的長度是其大端直徑的3倍。具有這樣幾何特征的半軸套管床牧，采用傳統(tǒng)的整體模鍛工藝成形很困難荣回，而且存在材料利用率低遭贸，鍛件肥頭大耳，后續(xù)機械加工量大心软、生產(chǎn)率低革砸，制造成本高等一系列缺點。

　　2.1.2 創(chuàng)新型半軸套管正擠與橫軋成形工藝

　　為了實現(xiàn)半軸套管產(chǎn)品鍛件的近凈成形糯累，我們經(jīng)過多年研制算利，開發(fā)成功了基于分體設(shè)計的半軸套管正擠橫軋及擺動輾壓復(fù)合成形工藝。

　∮窘恪（1）產(chǎn)品的分體式設(shè)計

　　在全面考慮了產(chǎn)品使用性能與生產(chǎn)過程中的成形效拭、加工與裝配、降低成本與節(jié)省材料諸因素后门烧，首先將產(chǎn)品革新為分體式設(shè)計甜湾。將半軸套管體1和法蘭2分離，之后經(jīng)過設(shè)計合理的鍛件圖用正擠與橫軋工藝成形半軸套管體鹅棺，用擺動輾壓工藝成形法蘭兜充。

　　（2）半軸套管體的正擠與橫軋新工藝

　　局部電加熱的管坯由芯模推擠到由3個成形軋輥組成的回轉(zhuǎn)型孔內(nèi)脂性，在軸向進給時雄睦，由于軋輥成形角的阻力使管坯前端產(chǎn)生縮徑。在軸向推擠與徑向橫軋的復(fù)合作用下汹振，使管坯依次通過兩個軋輥成形角后產(chǎn)生2次縮徑娇裁，并在縮徑的同時增加壁厚。半軸套管體的外形由軋輥的成形面形成沼津，其內(nèi)腔則由芯模保證荞篙。

　　半軸套管體采用正擠橫軋工藝成形的突出特點是達到了近凈成形。以CA1040輕型車為例科绣，采用新工藝后材料利用率由原來的35%提高到58%殿姑，減少后續(xù)機械加工量35%。同時分體式正擠與橫軋的半軸套管較整體式每件減輕重量2.5kg肯适，能使整車減輕自重5kg变秦。

　　2.2 制造空心變速桿的縮旋與楔橫軋工藝

　　2.2.1 產(chǎn)品簡介與傳統(tǒng)成形工藝

　　變速桿是汽車換檔變速操縱的重要零件。駕駛員通過操縱變速桿以準確地將變速器掛入所需的檔位疹娶。目前國內(nèi)生產(chǎn)的汽車變速桿多為實心式的伴栓，其制造方法是采用棒料作毛坯，用錘上模鍛與輥鍛工藝成形雨饺，經(jīng)校直后再彎曲。傳統(tǒng)工藝的主要缺點是：材料利用率低（65%）惑淳，成形工藝繁瑣额港，生產(chǎn)率低饺窿。同時實心變速桿重量大，操作不靈活移斩，產(chǎn)品剛性差肚医。

　　2.2.2 成形空心變速桿的復(fù)合工藝

　　為了實現(xiàn)變速桿的近凈成形，提高材料利用率和產(chǎn)品的使用性能向瓷，我們研制了用復(fù)合工藝成形的空心變速桿肠套。以國產(chǎn)CA6440 旅行車的空心變速桿為例（圖4），先將變速桿設(shè)計成分體焊接式結(jié)構(gòu)夜川，之后采用徑向鍛造機將冷拔管按1：30的錐度將桿部縮旋成形日俱，而球形撥頭則采用楔橫軋成形。經(jīng)加工后的球形撥頭的圓柱端迫入桿部大端的孔中麻百，用氬弧焊將二者焊在一起款拣，即可得空心變速桿。

　　用復(fù)合工藝制造汽車變速桿拴猖，具有材料利用率高（86%）朋傲，零件減輕重量約40%，節(jié)約機械加工工時55%伐蔚，節(jié)約能源33%等顯著經(jīng)濟效益昨跺。同時產(chǎn)品具有剛性好、外觀好谁意、操作靈活且回油性能好等優(yōu)點漏匹。

　　2.3 輕轎車飛輪齒環(huán)鑄輾復(fù)合工藝

　　2.3.1 飛輪齒環(huán)的現(xiàn)行加工工藝

　　飛輪齒環(huán)是第一汽車集團生產(chǎn)的CA488發(fā)動機上的一個重要零件（圖5）。這是典型的薄壁矮環(huán)件质窒。此類零件的單個毛坯的制備難以兼顧高生產(chǎn)率和較高的材料利用率硫朦。目前國內(nèi)外多采用扁鋼滾圓環(huán)再閃光對焊的工藝生產(chǎn)飛輪齒環(huán)坯。但因所用扁鋼為中碳鋼（如45GB699－1988）背镇，焊接性能差咬展，同時因國產(chǎn)焊機性能不穩(wěn)定，難以保證焊縫處質(zhì)量瞒斩，致使廢品率高達30%破婆。而引進國外生產(chǎn)工藝及設(shè)備需180萬美元的高昂投資。

　　鑒于前述胸囱，為了促進引進車型零部件國產(chǎn)化的進程祷舀，有必要開發(fā)符合我國國情的輕、轎飛輪齒環(huán)毛坯的生產(chǎn)新工藝烹笔。經(jīng)過分析產(chǎn)品的幾何形狀特點并結(jié)合協(xié)作廠鑄造能力較強的優(yōu)勢裳扯，研究開發(fā)了飛輪齒環(huán)鑄輾復(fù)合工藝。其要點為：

　　（1）將矮環(huán)件轉(zhuǎn)化成易于輾環(huán)的筒形件

　　將相對厚度H/Dw 為4%的7~8個飛輪齒環(huán)迭加成相對厚度為31%~32%的筒形件饰豺。這樣可采用國產(chǎn)D51-350型輾環(huán)機上輾擴成所要的筒形件亿鲜。
（2）鑄坯設(shè)計與鑄造方法

　　設(shè)計筒形鑄坯時應(yīng)考慮到輾擴的成形特點：擴徑變薄的同時高度增加。實際設(shè)計時取鑄坯高度H0 = (0.4 ~ 0.5)H冤吨，而 H0 =40mm竹肚。為保證輾擴時輾透以得到鍛造組織，輾壓比取值范圍為：y=1.4 ~ 1.6训寝。

　　為了使輾擴變形后的飛輪齒環(huán)坯的主要力學(xué)性能指標(biāo)接近或超過鋼45GB699－88的指標(biāo)（ σb勾勃、σs 、δ）恨蒙，所采用的鑄鋼坯的化學(xué)成分如表1所示区糟。

　　（3）鑄造方法的選擇

　　為了保證鑄坯的內(nèi)在質(zhì)量（無夾渣禁舌、砂眼等）與表面質(zhì)量出募，并降低成本，采用了砂型鑄造权煎。同時還采用了鋼水凈化蒂扇、濾網(wǎng)除渣、噴涂料防止粘砂等技術(shù)措施狱揩。這樣所獲得細晶粒的再結(jié)晶組織喝暂，在輾擴時能實現(xiàn)由鑄造組織間鍛壓組織的轉(zhuǎn)化，并提高機械性能彻犁。

　〗行病（4）輾擴成形工藝

　　將所獲得的鑄坯加熱后進行輾環(huán)成形（圖6）。輾環(huán)的工藝參數(shù)為：輾環(huán)溫度范圍為850~1150℃汞幢，變薄率ε=40%~50%驼鹅，進給量f=1mm/r。

　　對于采用輾壓比y=1.25~1.40所獲得的鑄輾成形的飛輪齒環(huán)坯進行力學(xué)性能測試分析

　　在輾壓比y=1.25~1.40時森篷，鑄輾毛坯的力學(xué)性能指標(biāo)都高于焊接的毛坯输钩。

　　采用鑄輾復(fù)合工藝生產(chǎn)飛輪齒環(huán)是符合我國國情的投資少、見效快的近凈成形工藝仲智。它與引進國外閃光對焊設(shè)備與工藝相比买乃，節(jié)省投資85%。鑄輾復(fù)合工藝獲得的飛輪齒環(huán)毛坯的質(zhì)量高于焊接的毛坯钓辆。

　　2.4 鏈軌節(jié)鑄鍛復(fù)合工藝

　　2.4.1 鏈軌節(jié)的現(xiàn)行成形工藝

　　鏈軌節(jié)是聯(lián)合收割機履帶上的重要零件剪验，它承受重載且工作條件惡劣。鏈軌節(jié)形狀復(fù)雜前联，截面變化急突（圖7）其鍛造成形較難功戚。目前國內(nèi)外均采用棒料毛坯經(jīng)輥鍛制坯后，在錘上模鍛成形。傳統(tǒng)工藝的主要缺點是：工藝步驟較多盆篡，其設(shè)備投資大豹炊，材料利用率低坏扣，浪費能源春异。

　　2.4.2 成形鏈軌節(jié)的鑄鍛復(fù)合工藝

　　（1）鑄坯鑄造工藝

　　為了使鑄坯的體積接近于終鍛件的體積则徒，并減小鍛壓設(shè)備的噸位氛坪。在設(shè)計鑄坯時，應(yīng)將起伏的筋板與臺階設(shè)計得接近于終鍛件圖冠幕，但圓角應(yīng)較大些骡侮，所有孔都設(shè)計成盲孔并留出鍛壓的沖擠余量。采用的鍛造比為1.2︰1.0雇蚁。

　　采取必要的技術(shù)措施束沼，保證鑄坯具有較高的內(nèi)在質(zhì)量與表面質(zhì)量。如采用中頻電爐讥高，鋼水熔煉過程中采用去氣除渣凈化工藝揣誓，并采用過濾技術(shù)。用砂型潮模鑄造巾陕，并在鑄型表面噴上涂料讨跟，使鑄坯表面光潔，并無粘砂鄙煤、夾渣等缺陷晾匠。這樣獲得較高質(zhì)量的鑄坯無需退火處理即可直接進行鍛造。

　√莞铡（2）鏈軌節(jié)的鍛造成形工藝

　　將鑄坯加以清理后凉馆，加熱至始鍛溫度，在J51-630摩擦壓力機上經(jīng)過預(yù)鍛亡资、終鍛兩道工序成形澜共。之后進行切邊、沖孔與熱校正沟于，便可得到鑄鍛復(fù)合工藝成形的鏈軌節(jié)鍛件咳胃。

　　采用鑄鍛復(fù)合工藝生產(chǎn)鏈軌節(jié)具有顯著的經(jīng)濟效益：材料利用率約為90%（因采用沖壓其他產(chǎn)品的余料），高于錘上模鍛的67%旷太；本工藝比錘上模鍛節(jié)約能源15%展懈；節(jié)約設(shè)備與工裝投資25%；降低生產(chǎn)成本16%祟勿。

　　3 結(jié)論

　　采用產(chǎn)學(xué)研方式停柬，發(fā)揮高等學(xué)校的科技優(yōu)勢所自主研制的實現(xiàn)鍛件近凈成形的復(fù)合工藝，符合我國國情，不但具有顯著的經(jīng)濟效益盯糠，而且具有示范作用书瘤。其中汽車半軸套管正擠與橫軋工藝曾被機械工業(yè)技術(shù)發(fā)展基金會作為高等學(xué)校的產(chǎn)學(xué)研示范項目予以資助，在校內(nèi)建成了年產(chǎn)15萬件輕型車正擠橫軋半軸套管的生產(chǎn)線洁揽，并為中國一汽集團獨家配套叙杨。鏈軌節(jié)鑄鍛復(fù)合成形工藝亦在校內(nèi)輥鍛件總廠批量生產(chǎn)，并為佳木斯聯(lián)合收割機總廠配套杉轿。上述兩項研究成果在校內(nèi)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化疙鸟，不僅提高了學(xué)校的行業(yè)聲譽，而且創(chuàng)造了3000萬元以上的直接經(jīng)濟效益與1.5億元以上的間接經(jīng)濟效益昏络。另外兩項研究成果已分別獲得了中國一汽集團公司發(fā)展改造處和長春汽車研究所的認同树戴，即將實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

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