机械制造传动轴工艺制作(「原创」传动轴锻件锻造新工艺研发)
传动轴锻件主要有花键轴叉、花键轴、焊接叉、法兰叉、花键套和滑动叉六大类产品，其中轴类锻造生产工艺是通过中频炉加热后，在热模锻压力机上采用镦粗后精锻或直接进行卧式粗锻和精锻传统工艺锻造。这样，对于花键轴叉类锻件（图1)的棒料规格通常按轴类叉部大小选定棒料直径，而叉部直径远远大于柄部直径，由于在热模锻设备上不能对花键轴叉的棒料直接制坯，从而锻打后柄部就会产生很多飞边，致使材料利用率低。
图1花键轴叉类锻件
新工艺研发实施过程
重型花键轴叉自动锁紧制坯装置和制坯模具
重型花键轴叉是在4000吨热模锻压力机上锻打，但4000吨热模锻压力机最大封闭高度只有380mm，无法进行重型轴叉棒料头部镦粗制坯，我公司自主开发了自动锁紧制坯装置和制坯模具，先在重型花键轴叉4000吨热模锻压力机上进行头部镦粗制坯再进行锻造，减少重型花键轴类柄部飞边，提高材料利用率。
⑴设计制坯模夹紧机械装置，装置示意图见图2。
⑵下模架侧向开口槽，示意图见图3。
图2制坯模夹紧机械装置示意图
⑶设计可调镦粗机械装置，示意图见图4。
⑷设计不同锻件制坯模具，示意图见图5。
⑸在电气控制系统上当加热棒料从侧向放入制坯模夹紧装置后用气缸自动关闭锁紧，当设备运转制坯后滑块回到上死点时，夹紧装置自动解锁松开，然后从侧向将制坯料取出到预锻工位，从而实现了循环自动锁紧制坯，大幅减少了柄部的飞边。
中轻型轴叉类锻件采用立锻制坯加卧锻成形
图3下模架侧向开口槽示意图
图4可调镦粗机械装置示意图
图5锻件制坯模具示意图
图6采用二工位卧锻工艺成形后柄部飞边多
对于中轻型轴叉类锻件叉部大柄部细的轴叉类锻件一直以来采用二工位卧锻成形工艺，此工艺只能按叉部大小选择材料规格，而由于柄部细，在成形后柄部飞边多，如图6所示。
立锻制坯加卧锻成形新工艺是按照柄部直径和长度确定柄部直径和重量，按照叉部直径和长度确定镦粗直径和长度，按照叉部镦粗直径和长度计算出叉部重量，最后确定棒料直径、长度和重量，设计不同产品制坯模具进行头部制坯镦粗后锻打，减少柄部飞边，花键轴叉采用头部制坯工艺后材料利用率提高10%以上，第一工位先将叉部进行制坯镦粗，第二工位进行卧锻成形，不仅保证了叉部不缺肉，而且使柄部飞边大幅减小，如图7所示。
模具阻力沟和飞边库工艺研究
通过增加阻力沟和对飞边库工艺改进，在锻打过程中当飞边向型腔外流的过程中就会受到阻力沟的阻挡，材料向外流的阻力加大，向型腔外流动速度低于向型腔内流动速度，如图8所示。
焊接叉锻件采用半封闭内锁扣模具
设计开发出一种半封闭内锁扣模具，并利用半封闭锁扣模具前后两侧桥部外侧位置设计锁扣。上下模具合模后的间隙只有0.2～0.3mm，这样在锻打过程中上下模型腔位置因锁扣的作用，相对位置只允许0.2～0.3mm的偏移，并在耳部分模面位置增加阻力沟，减缓材料流出型腔。从而使半封闭内锁扣模具既达到节材降本，又达到防止错模的目的，如图9所示。
花键套类采用无缝管锻造
由于花键套类中间是需加工通孔后加工花键，而现有的花键套锻造是采用圆钢下料后锻打，锻件车加工需要钻孔后车内圆，不仅浪费了材料，还增加了车加工成本，项目组对模具冲头进行重新设计，按花键套柄部壁厚及外径选定了无缝钢管，这样不仅节约了材料消耗，而且取消了车加工钻孔工序，提高了机加工生产效率，如图10所示。
图7立锻制坯加卧锻新工艺成形后柄部飞边大幅减小
图8模具增加阻力沟和对飞边库工艺改进
图9半封闭内锁扣模具
图10无缝钢管锻造新工艺
新工艺应用与总结
⑴自动锁紧装置已成功安装在4000吨热模锻压力机模架上使用，现重型花键轴叉头部镦粗制坯工艺已推广到72系列、68系列、57系列、52系列共10个型号的花键轴叉，年节材350吨。
⑵中轻型花键轴叉头部镦粗制坯工艺已推广了4个型号的中轻型花键轴叉锻件，年节材198.5吨。
⑶花键套采用无缝钢管锻打的工艺，现已对批量最大的两个型号花键套锻件进行推广，年节材242.7吨。
⑷半封闭内锁扣模具现已推广到福特焊接叉19个型号，其中4个型号实现节材，年节材81.4吨。
⑸模具阻力沟和飞边库工艺进行研究分析与改进，现已推广批量大的120个型号，年节材478吨。
项目完成后每年可节约原材料1350吨，年节约原材料成本680万元。同时，按中频加热锻件电耗0.55度/公斤计算，可实现年节电74万度，约合电费45万元；年减少搬运67.5万公里·吨，年减少运费近13.5万元（主要为钢厂到公司)，为公司创造了显著的经济效益和社会效益。
作者简介
倪金传，工程师，锻造经理。主持完成公司7种不同工艺机器人自动送料镦粗取料自动化改造工作；《降低福特焊接叉折叠裂纹比例》获全国机械行业优秀质量管理小组一等奖，获得《花键轴叉制坯模自动锁紧装置》、《一种焊接叉锻件半封闭内锁扣模具》两项实用新型专利。
——摘选自《锻造与冲压》2019年第23期