三叉节温锻裂纹改善研究

马春磊,李　波,傅洁明（万向集团技术中心,杭州　311215）

三叉节温锻裂纹改善研究

马春磊,李波,傅洁明
（万向集团技术中心,杭州311215）

通过对三叉节温锻过程各因素进行分析，确定了影响温锻裂纹产生的主要影响因素，通过工艺改进大幅降低了三叉节温锻裂纹的产生比例。

三叉节；裂纹；温锻

三球销式万向节是等速万向节的一种，它具有结构简单、体积小、润滑好、散热快、承载能力大和工作可靠等优点，在国内外被广泛地应用于汽车的前后驱动轴上[1]。三叉节作为三球销万向节的一个重要零件，通常采用热锻方式加工毛坯。由于热锻成形需要浪费大量的金属材料和机加工过程，所以不少企业已经尝试采用温锻成形加工三叉节毛坯。温锻成形是近年来在冷塑性成形基础上迅速发展起来的一种塑性成形新工艺[2]。它的变温度通常认为是在室温以上、完全再结晶温度以下的温度范围内。该工艺成形的零件质量好、精度高，且能成形形状复杂的零件，较热锻具有更为显著的优越性[3,4]。然而，温锻成形过程中也会出现塑性裂纹（包括内部开裂和表面开裂）及折叠等缺陷，极大的影响了产品质量[5]。本文通过对三叉节温锻过程中工艺、尺寸等相关影响因素进行分析，得到了降低三叉节温锻裂纹产生的控制措施。

1　裂纹问题原因分析

对三叉节采用按照常规的模式设计模具和温锻工艺加工，温锻加工后，产品出现了严重的折叠裂纹，裂纹比例达到了80%以上（如图1、2所示）。通过对国外同行的类似产品锻造方法，发现国外采用闭模锻造，具有产品下料重量轻、材料流动距离小等优点。限于压力机吨位和模具制造水平限制，目前只能采用开模锻造工艺，不能直接通过模具保证三叉节高度尺寸，所以需要加大产品锻造高度，预留后续车加工余量。这导致了温锻过程中下料毛坯重量大，材料锻造过程中在模腔中的流动距离长等问题。

2　温锻工艺改进研究

结合裂纹发生的位置和形态，由于锻造过程中局部材料流动受阻，尤其是在流动到外轮廓圆角位置时，靠近模具圆角位置的材料流动受阻，速度减慢与其它部位材料流动产生速度差，从而导致材料的堆积并在锻造后表面形成折叠裂纹。为此，改进措施应着力在改善材料流动性和减少材料在模腔内流动距离。通过工艺试验，将产品与过程工艺参数调整如下：

（1）调整产品的外轮廓圆角R，将圆角减小到R0.5；

（2）加大棒料的下料直径，减小下料的长径比，将下料长径比相对原下料尺寸减少0.2，同时减少棒料的下料重量；

（3）增加三叉节端面外圆的直径；

（4）增加锻前毛坯涂层工艺，减少材料与模具间的流动阻力。并相应的提高锻造温度，提高材料本身的流动性能。

3　改进措施验证

基于上述的改进措施，通过在400T压力机进行试锻，并对锻造样品探伤检测后，没有发现裂纹，但产品表面出现了一道可视的划痕缺陷；经进一步分析，该划痕为产品圆角调整到后，角度太小，导致这个位置的材料流动太快而引起；将模具圆角调整到R3而其它参数不变，再进行小批试验，试制1500件，通过检测发现划痕消失，裂纹零件比例降低到1%左右。同时，产品的下料重量通过调整也减少了20g左右，降低材料损耗成本。

4　改进后产品强度复核

由于更改了产品R角和端面外圆尺寸，为了确认产品结构更改后对性能的影响，对更改前后的零件进行了有限元强度分析。首先定义分析载荷与约束，在实际工作状态下，装配在传动轴中的三叉节将承载传递变速箱传递的扭矩，扭矩的施加点为节叉头部与筒形壳接触位置，约束定义为三叉节的圆周中心，施加载荷为2700N.m，材料属性选择弹性模量为2.1×105N/mm2、泊松比为0.3。分别对改进前后的模型进行计算。

通过计算结果看，结构变更前应力为1182N/mm2，更改后应力为1160N/mm2，改进后的应力强度较改进前稍有提升，所以不会对产品的使用性能造成影响。

5　结论

通过对三叉节温锻过程中工艺参数、产品尺寸等影响因素的分析和调整，极大的降低了三叉节温锻裂纹的发生比例（由原来的80%降低到1%），同时也减少了金属材料的使用；虽然改进后产品应力强度略有提高，但不影响产品的使用性能，实现了提高产品质量、降低成本、增加顾客满意度目的。

[1]张杰,张敏中.三球销式等速万向节的受力分析[J].江苏理工大学学报,1998(09).

[2]肖红生,林新波等.温锻精密成形技术及其有限元模拟[J].锻压技术,2000(02).

[3]崔令江,韩飞编著.塑性加工工艺学[M].机械工业出版社,2010(06).

[4]宴爽,李普,潘秀秀等.精密锻造成形技术的应用及其发展[J].热加工工艺,2013(08).

[5]朱艳春,曾卫东等.数值模拟技术及其在塑性成形缺陷预测中的应用[J].材料导报,2010(12).

马春磊(1982—)，女，工程师，主要从事：底盘类汽车零部件产品的设计开发和项目管理工作。