1、精鍛在汽車零件產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)勢

由于鍛壓技術(shù)制造出來的零件具有很高的韌性及較高強度,適合進行大批量加工，所以汽車自身需要使用鍛造技術(shù)進行生產(chǎn)的零件接近60%[1-3]。近幾年，伴隨汽車產(chǎn)量的逐漸增加，各個主機廠家的汽車產(chǎn)能不斷提升,零件的整合也處于同步計劃當中。日本某行業(yè)為了縮小CVT型變速箱的尺寸以及滿足其輕量標準，需要組合軸與齒輪,其結(jié)構(gòu)在改型以后更為緊湊,環(huán)境相對良好。部分汽車制造行業(yè)在輕量與節(jié)油率追求中，通過精鍛技術(shù)來代替切削技術(shù),改變了開發(fā)新型汽車產(chǎn)品的方向，因此這些都能給鍛造技術(shù)的穩(wěn)定發(fā)展提供有效 的發(fā)展機會[4]。

從當前的實踐研究顯示，精鍛技術(shù)可讓供應鏈整體鍛造成本有效降低，通常節(jié)約率超過15%。在精鍛技術(shù)使用后，即使會增加鍛造費用,也會讓機床加工成本降低，從而保證汽車零件鍛造行業(yè)整體成本最大化降低。比如說，應用齒輪鍛造技術(shù)后，可讓加工成本節(jié)約20%~30%,這就展示了汽車零件加工行業(yè)未來的發(fā)展趨勢[5-6]。

2、精密鍛造發(fā)展的主要工藝形式

精鍛技術(shù)指加工出質(zhì)量較高與尺度較準的飛邊較少的凈形鍛件技術(shù)。以往熱鍛技術(shù)不能實現(xiàn)近凈鍛件的合理獲取，針對該問題,應該在原先熱鍛前提下,通過塑性概念、科學材料、摩擦學推動鍛造技術(shù)的改造，并進行精鍛工藝的研發(fā)。當前此類技術(shù)類型繁多，通常需要按照鍛造時的溫度計成形方法合理區(qū)分。

2.1鍛造溫度區(qū)分

鍛造溫度區(qū)分可以分成溫鍛、冷鍛、冷鍛復合鍛如下：

a. 冷鍛工藝。此類工藝指的是在正常室溫下，對鋼材展開皂化、磷化、酸洗加工后變成成形的鍛件。其鍛件的精準度約為IT8-11級。

b. 溫鍛工藝。此類工藝在業(yè)界是指超過室溫、低于熱鍛(1 000-1 250七)溫度范疇以內(nèi)展開鍛造，這時鍛造氧化皮的厚度只有10μm,其精度需控制為IT11-14級。

c. 冷鍛復合鍛。此類工藝指通過金屬溫鍛成型手段進行接近產(chǎn)品終極形態(tài)的基本制成，通過清理與潤滑后,利用冷鍛方式精整毛坯或者整形,最終精整產(chǎn)品的部分可以滿足冷鍛水平。

2.2成形方式區(qū)分

在以往閉式模鍛技術(shù)發(fā)展中，在沒有飛邊的模鍛前提下，可讓閉塞鍛造技術(shù)以及分流鍛造技術(shù)實現(xiàn)有效增加，模具可讓以往熱鍛中的上下模、頂桿等簡單的模具結(jié)構(gòu)實現(xiàn)有效突破。與以往鍛造技術(shù)比較，特殊工藝具體如下：

a.擠壓。在三個壓應力不均勻的作用下，坯料可以從模具型腔出排出，以此來縮小橫截面積、增加長度，使其變成鍛件的加工手段就是擠壓。該加工手段主要在各類冷擠花鍵中使用,對各類閥體進行溫擠，對半軸套管進行熱擠等。

b?閉塞鍛造。在封閉式凹槽中，閉塞鍛造技術(shù)可以利用一個或者超過一個凸模單項或者對向擠壓金屬，使其一次性成形,實現(xiàn)沒有飛邊近凈精密鍛件模鍛的有效獲取。閉塞鍛造技術(shù)可讓鍛造實現(xiàn)無飛邊，材料的使用概率頗高，設(shè)備的自重很強,并具有較高的尺寸精準度。

c.分流鍛造技術(shù)。此類鍛造技術(shù)的原理就是毛坯或者模具在成形時,使用各類材料構(gòu)建分流腔或者分流渠道。在實際鍛造中，型腔中充滿材料,很多材料會在分流腔或者分流渠道中流入。分流鍛造工藝可以讓產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展,在正齒輪與螺旋齒輪冷鍛成形中使用較多。

3、典型零件精鍛工藝介紹

精鍛技術(shù)在一些發(fā)達國家得到較大發(fā)展,主要是以轎車的零件為主。從交流發(fā)電機、齒輪螺栓至CVJ型零件外星輪、氣泵轉(zhuǎn)子、內(nèi)星輪等皆為精鍛技術(shù)的產(chǎn)品。

從上世紀90年代開始，精密齒輪變成目標性產(chǎn)品,當前精鍛工藝已全面拓展至汽車關(guān)鍵零件中，比如斜齒輪、曲軸、連桿等。汽車零件的精密鍛造具體集于變速箱以及后橋總成之中（圖1和圖2）。此外，汽車零件中的后軸驅(qū)動、傳動總成以及汽車半軸等皆為汽車的典型精密鍛造技術(shù)。針對汽車傳統(tǒng)鍛造行業(yè)而言，仍有多類零件選擇精鍛技術(shù)，其中有些零件已經(jīng)進行了大量生產(chǎn)，有些正處于研發(fā)階段。

3.1直齒錐齒輪

錐齒輪精鍛技術(shù)在實際加工早已使用，已經(jīng)從剛開始兩火兩段技術(shù)朝一火兩段方向發(fā)展。形態(tài)復雜的大直徑齒輪也能通過熱鍛方法利用簡化工序成形。當前汽車零件中,差速器錐齒輪已經(jīng)將切削技術(shù)淘汰，并選擇精鍛技術(shù)進行生產(chǎn)。

伴隨產(chǎn)品精度標準的逐漸上升，熱鍛齒輪的尺寸精度已然無法符合產(chǎn)品的高精準度要求。比如說，汽車行星半軸齒輪開始選擇閉塞鍛造（圖3）與冷擺輾兩種冷鍛技術(shù),讓產(chǎn)品的精度上升至IT7級。但冷鍛技術(shù)并無較高的適用性，當前我國可以加工出的齒輪直徑低于修0 mm。

通過分析冷鍛技術(shù)與熱鍛技術(shù)的優(yōu)勢發(fā)現(xiàn),其發(fā)展趨勢仍是冷熱或溫冷復合型鍛造技術(shù),或是采用溫鍛高成形精度錐齒輪，溫鍛與冷精整技術(shù)的精度達到了 IT7.5級。

3.2變速箱結(jié)合齒

伴隨我國汽車輕量要求與節(jié)能降排要求不斷上升,變速器中融合齒輪結(jié)構(gòu)朝著整體發(fā)展方向前進,可通過結(jié)合熱鍛成形技術(shù)和冷鍛精整手段對汽車零件（變速器）齒輪和本體整體鍛件進行加工生產(chǎn)（圖4）。對于結(jié)合齒的齒形,應該選擇溫鍛或者熱精鍛技術(shù),而后選擇冷精整精鍛件確保齒形的精度提升,冷精整以及倒錐角的成形步驟需要在油壓機上開展。在對端部倒角、齒形、切削生產(chǎn)定位面展開冷精整成形，而后選用徑向縮徑方法生產(chǎn)倒錐角結(jié)合齒。對精鍛技術(shù)細節(jié)的綜合管控,有利于鍛造技術(shù)的應用，從而確保技術(shù)系統(tǒng)實現(xiàn)穩(wěn)定運行。

在中國，諸多行業(yè)正在使用熱鍛壓力設(shè)備開展閉式熱模鍛，采用冷鍛技術(shù)讓精鍛齒坯形成結(jié)合齒,確保結(jié)合齒以典型件批量生產(chǎn)冷熱復合成形零件。將精密性鍛造出來的結(jié)合齒與以往加工結(jié)合齒輪進行對比發(fā)現(xiàn),結(jié)合齒的優(yōu)勢包含抗疲勞、抗沖擊、柔和、生產(chǎn)費用不高、質(zhì)量穩(wěn)固等，可在汽車零件的鍛造企業(yè)中推廣應用。

3.3直齒圓柱齒輪

在分動器、變速器、驅(qū)動橋中,直齒圓柱齒輪屬于重要零部件,此類零件的精鍛因并無拔模斜度,導致難以出模,這會增加齒尖的成形難度,此類技術(shù)的推廣程度普遍不高。其精鍛技術(shù)方案包含溫鍛-冷擠壓、熱鍛-冷推擠、冷精鍛、熱精鍛等。出于對分流原理方面的思考,選擇齒輪分流制造技術(shù)來實現(xiàn)汽車手動變速箱上的倒擋齒輪構(gòu)件的研發(fā)。因倒擋齒輪齒面存在錐度要求，所以齒形在成形以后，應當對齒面展開錐度冷鍛處理。

選擇正擠壓方法成形后的小齒輪與薄齒輪片作為中國常用鍛造技術(shù),包含汽車上的起動機圓柱齒輪,均選用了冷擠壓技術(shù)，先通過冷擠壓技術(shù)加工齒形花鍵軸，而后對花鍵軸進行切割,再進行小模數(shù)齒輪的加工生產(chǎn),其精度達到了 IT7.5級。其具體運用已由汽車搖窗機、起動機等外部構(gòu)件朝汽車的變速箱、轉(zhuǎn)向機等重點總成方面發(fā)展。直齒圓柱齒輪的加工結(jié)合了溫鍛和開放式冷擠壓方法,確保其成形力的有效降低，同時延長了模具的應用周期。選用結(jié)合溫鍛與冷擠壓的成形技術(shù)，在精鍛領(lǐng)域中已經(jīng)變成重點發(fā)展方向。

3.4螺旋錐齒輪

因為螺旋傘齒輪體積很大、齒槽很深，容易受到螺旋角影響，其精鍛難度明顯超過了直齒傘齒輪的精鍛難度。對于螺旋傘齒輪的精鍛，在很多發(fā)達國家已經(jīng)成功鍛造出高精度齒輪，并在汽車零件加工領(lǐng)域中普及推廣。目前我國在精鍛螺旋傘齒輪時，正在對無飛邊的閉式模鍛技術(shù)進行充分運用。因坯料氧化加熱較少，首先使用擴輾技術(shù)制坯,完成制坯,然后展開預鍛與終鍛,齒面預留較小余量以便展開精銃。

4、精鍛發(fā)展方式與策略

精鍛技術(shù)與普通鍛造技術(shù)不同，其發(fā)展流程會提高投資風險，所以傳統(tǒng)汽車零件鍛造行業(yè)需要向精鍛技術(shù)方向發(fā)展。在現(xiàn)有的相關(guān)資源方面，不管利用外部引進或者自主研發(fā),都要與工廠現(xiàn)有的優(yōu)勢結(jié)合起來，推動特色化精鍛技術(shù)的發(fā)展,其發(fā)展方向和傾斜點應當從員工、管理、設(shè)備、開發(fā)手段等方面深層思考。

4.1技術(shù)人員的素養(yǎng)準備

設(shè)計精密鍛件需要和設(shè)計產(chǎn)品接近，針對一些特征提出的要求即為產(chǎn)品最終的要求,應該對設(shè)計產(chǎn)品以及實際運用進行深層次的掌握，工廠產(chǎn)品需由專項設(shè)計師在實際研發(fā)及生產(chǎn)中和總成維持密切聯(lián)系。這就對技術(shù)人員在了解齒輪傳動理論、設(shè)計齒形方法、檢測手段等產(chǎn)品設(shè)計相關(guān)知識方面提出了更高的要求。新工藝的研發(fā)者還要深層次掌握設(shè)備特征和參數(shù)、原料特點、模具特點、潤滑知識等,這些都會對鍛造技術(shù)效果產(chǎn)生直接影響。

4.2精鍛產(chǎn)品設(shè)備的選擇

精鍛技術(shù)需選擇諸多技術(shù)成形,通常采用通用型壓力機與專項壓力機進行精密成形。以往汽車零件的鍛造行業(yè)中，比較熟悉通用型壓力機，所以在研發(fā)此類機械的風險相對較小。但對現(xiàn)有設(shè)備應該加速恢復或者提升精準度，確保精密鍛件高密度性要求得到滿足。為確保精鍛技術(shù)得以實現(xiàn)，應當創(chuàng)新夾持器與模具的結(jié)構(gòu)方式?？傮w而言，在使用設(shè)備方面調(diào)整其穩(wěn)固性與生產(chǎn)費用作為選擇鍛造技術(shù)的基礎(chǔ)。技術(shù)先進性通常需要順從于其針對性與適應性。采用哪一種鍛壓設(shè)施與工裝應當與本公司經(jīng)濟實力結(jié)合起來，確保設(shè)備經(jīng)濟能力的充分發(fā)揮，從而實現(xiàn)操作方法的更先進與更科學。

4.3管理的提升

精密鍛造技術(shù)可以從某種層次上映射出鍛造行業(yè)管理水平，所以推動精密鍛造技術(shù)的發(fā)展，應該不斷提升現(xiàn)有管理水平。比較傳統(tǒng)鍛造技術(shù)，精密鍛造管理要求更加嚴格，加工后不會像毛坯那樣留有回旋余地。在傳統(tǒng)鍛造行業(yè)中，為確保風險降低，可在設(shè)計流程中加大生產(chǎn)余量,在加工中進行適當補償。

4.4開發(fā)模式的創(chuàng)新

使用熱模鍛壓力機對齒坯進行無飛邊鍛造之前,需要有豐富的經(jīng)驗。在開發(fā)擠壓技術(shù)時，需要先研發(fā)在市場上具有較強競爭力的變速箱,利用這個開發(fā)流程,實現(xiàn)冷鍛經(jīng)驗的積累，并使用此類手段鍛造擠壓宜齒齒輪。因此，在開發(fā)方法方面需要將工廠實踐經(jīng)驗結(jié)合起來，確保精鍛實現(xiàn)圓滿完成。汽車零件的鍛造行業(yè)應當對精鍛技術(shù)發(fā)展趨勢充分了解，選擇與自身發(fā)展相符的精鍛工藝,給企業(yè)發(fā)展創(chuàng)造出謀取先機的核心競爭力。

5、結(jié)語

為確保汽車制造行業(yè)競爭力不斷提升,讓鍛造變成高新零件的主要源泉,并讓汽車零件鍛造行業(yè)搶占市場先機,公司應當加大精密鍛造技術(shù)的發(fā)展力度。對各類精鍛技術(shù)與產(chǎn)品，鍛造行業(yè)應當按照產(chǎn)品的發(fā)展態(tài)勢，與工廠的實際狀況結(jié)合起來，開辟出符合自身發(fā)展之路，并進行滿足工廠精鍛設(shè)施與工藝的開發(fā),從而提升我國精鍛技術(shù)的應用效果。

參考文獻：

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作者簡介：

吳玉慶，女，1987年生，工程師，研究方向為變速器鍛造及精加工零件。