汽車萬向節鍛件溫鍛工藝由冷鍛工藝補充發展而來，現已成為一項專門的成形技術。溫鍛生產使用的溫鍛成形沖頭性能穩定且壽命高，是大批量溫鍛生產自動化持續進行的前提。某節型外星輪鍛件溫鍛生產時四工位沖頭壽命較低、換模頻繁，致使生產效率降低、生產成本增高，我們通過對增加ABP特殊噴丸工藝的模具制造工藝進行優化，使得模具壽命得到了提高，從而帶動了生產效率的提升和生產成本的下降，且使用新工藝生產的鍛件質量穩定，滿足了汽車萬向節鍛件大批量生產的要求。本文簡要地介紹了ABP特殊噴丸工藝在外星輪溫鍛成形沖頭生產中的應用。

外星輪溫鍛成形沖頭模具設計、失效分析及ABP特殊噴丸工藝

外星輪溫鍛成形沖頭模具設計

針對外星輪溫鍛件冷溫鍛生產的特點，將坯料在中頻加熱爐加熱到850～940℃，在20MN溫鍛壓力機上采用四個工位模具型腔進行四工步溫鍛成形，使用石墨自動潤滑系統對沖頭進行潤滑和冷卻，使用四工位最終球道內腔成形沖頭，使用真空淬火+四次回火熱處理工藝，硬度50～52HRC。模具材料牌號：1.2367（X40CrMoV53），表1為1.2367鋼典型化學成分。

外星輪溫鍛成形沖頭失效分析

對下線模具鋼材化學成分進行檢查合格，金相檢查也合格。對沖頭失效形式進行統計后發現，90%以上的沖頭失效形式為裂紋，其中倒角R1處開裂比例較大，如圖1所示。模具開裂是由于模具在交變應力和交變熱應力的反復作用下產生的熱疲勞裂紋在尖角應力集中處擴展導致的。倒角R1處裂紋產生的原因，一方面是由于倒角處所受交變應力的作用，另一方面是由于鍛件塑性變形過程中沖頭R1倒角局部受到較大的應力。針對倒角R1處開裂，我們將倒角由R1改為R2，以改善倒角處應力集中現象，模具圖紙造型更改為R2后此位置沒有再出現裂紋,但球道兩側等位置仍然有裂紋失效問題，如圖2所示，需要進一步改善，初步選用一勝百公司的ABP特殊噴丸工藝進行驗證，以檢驗該噴丸工藝的使用對減少應力開裂和疲勞裂紋是否有效果。

表1 1.2367鋼典型化學成分（wt%）

圖1 沖頭R1處裂紋失效

圖2 沖頭球道兩側裂紋失效

外星輪溫鍛成形沖頭ABP特殊噴丸工藝

ABP是一種采用特殊噴丸工藝的材料表面處理技術。沖頭經加工后，其表面的殘余應力會降低沖頭的疲勞強度，在工作中容易產生裂紋，從而降低沖頭的使用壽命。噴砂處理是用無數個小圓形顆粒連續擊打零件表面，使工件表面形成一層均勻的殘余壓應力層，如圖3所示，所產生的表面壓應力能有效的抑制工件表面裂紋的萌生和發展，進而使工件的疲勞壽命得到有效的提高，如圖4所示。沖頭經噴砂處理后熱疲勞和熱龜裂現象得到了明顯的改善，應力開裂減少，能夠有效延緩初期裂紋的擴展使模具壽命得到顯著延長。

圖3 ABP特殊噴丸工藝示意圖

圖4 ABP強化模具表面的微觀結構

增加ABP特殊噴丸工藝后溫鍛沖頭加工流程如圖5所示：

圖5 溫鍛沖頭加工流程

溫鍛沖頭拋光后，如圖6所示，再進行ABP特殊噴丸工藝處理，ABP特殊噴丸工藝處理后沖頭的表面，如圖7所示。

圖6 溫鍛沖頭拋光后

圖7 溫鍛沖頭ABP特殊噴丸后

溫鍛沖頭ABP特殊噴丸工藝后生產使用驗證

使用溫鍛沖頭進行生產驗證，結果表明，沖頭的平均壽命由7525件/個增加到10096件/個，沖頭壽命提高了約34%，結果說明， ABP特殊噴丸工藝的使用對模具使用壽命的改善效果顯著。

圖8 沖頭壽命對比

結論

⑴本文通過研究分析外星輪溫鍛成形沖頭失效形式，探索出了一種ABP特殊噴丸工藝，介紹了該工藝在外星輪溫鍛成形沖頭生產中的應用。

⑵經溫鍛實際生產使用驗證，ABP特殊噴丸工藝使沖頭熱疲勞和熱龜裂現象得到了明顯的改善，應力開裂減少，可有效延長溫鍛沖頭使用壽命約34%。

來源：楊金成，喻擎天