摘 要：以一种寿命更长、更安全、装配更简单的盲孔法兰式内球笼替代传统的万向节或法兰内球笼。本文提及的盲孔法兰式内球笼结构，因其盲孔、薄壁特性，退料易拱曲，本文提供一种新颖的退料方式，分解退料摩擦力，并对腔底折叠情况做有限元分析，调整法兰边成形工序前的坯料状态，使盲孔法兰内球笼生产能够实现。
　　关键词：盲孔法兰；温冷锻造；二次退料结构
　　汽车用等速万向节总成是安装在汽车差速器和轮毂之间或变速箱末端齿轮与轮毂之间用于传递动力和扭矩的机械部件。等速万向节总成的输入轴和输出轴以等于1的瞬时角速度比传递运动，在传递动力和扭矩的同时还同步改变工作角度，进行伸缩滑移以补偿传动装置中轴向尺寸的变化，而上述功能主要由等速万向节总成的内球笼和外球笼实现。内球笼是汽车安全部件，对其强度、精度、安全性能和使用寿命都有着很高的要求。传统的内球笼是利用花键与差速器连接，花键依靠卡簧限位，强度、传动扭矩及使用寿命都不够理想，且花键部位热处理后易产生淬火应力造成花键部位纵向开裂，又由于内、外花键是间隙配合，长期使用会形成健齒早期失效模式，导致传递动力、扭矩反应缓慢，造成汽车方向间隙过大甚至偏移而发生行车安全事故。
　　法兰与内球笼相比，结构简单、便于拆装；利用螺栓与差速器输出部位连接，定位牢靠，产品强度及传动扭矩大大增强，用在汽车上使用更加安全，并减少了制造工序，节省了因此产生的设备投资，大大缩短了加工周期。本文中所述的盲孔法兰，与传统的法兰相比，其法兰侧完全封闭，后续无需安装闷盖，杜绝了法兰渗油现象，装配更简单、产品更稳定。
　　1 盲孔法兰的成形工艺路线
　　常规法兰内球笼锻件经落料、抛丸、加热、镦粗、反挤、法兰边成形、去应力退火、锯底、抛丸、磷皂化、精整、取长，而盲孔法兰工序反挤后的工件反向放置再使法兰边镦粗成形，后续也没有锯底工序，工序相对于传统的法兰稍有减少。
　　2 成形的关键技术
　　盲孔法兰的法兰边成形工艺颠覆了传统法兰边的镦粗方式，将工件倒扣在下模冲头上，上模下行完成法兰边成形工序。该工序成形的难点在于盲孔法兰边的成形以及该工序的退料问题。
　　图1 法兰边成形模具结构
　　盲孔法兰为减重，设计成筒形凹面结构，这样更加大了温挤退料的难度，筒形壁厚过薄，无法在筒形上利用多根细退料杆或者是环形退料器退料，我们把退料位置安排在筒形腔底的平面上，这样经过试制后发现，由于退料器较大，且集中在腔底，退料后腔底发生较大的变形，表现为法兰边外侧中心鼓起、内测凹陷。故我们第二次改进，使用二次退料结构，即在冲头下端面开螺纹孔并安装限位座，初起退料时，工件与冲头一起推出，至限位螺栓触碰到压力块端面时，冲头无法上行，中间的退料顶杆单独将工件顶出脱离冲头。这样做的原理是减小退料摩擦力，初起退料时，工件与冲头一起上行，只受到工件与凹模的摩擦力，后期顶杆将工件顶出脱离冲头时，工件仅收到内腔和冲头之间的摩擦力。将整段退料的摩擦力分解，退料力减小约一半，退料后的工件端面平整，且退料顶杆的寿命大大增加。
　　3 法兰边成形工序的数据分析
　　法兰边成形工序另一个需要关注的焦点是内腔的折叠缺陷，工件经反挤后形成筒形型腔，因下料后重量略有偏差，以及过程中加热温度稍有不同，反挤孔深有所差异，反挤孔深过深的，在镦粗法兰边时候，筒形内腔处金属流动有交汇处，形成折叠缺陷。折叠缺陷是锻件致命的缺陷之一，在后期热处理时会累计应力，使用过程中发生断裂的概率较高。我们在控制温度和重量的同时，合理设计出反挤与镦粗法兰边两道工序筒形深度高度差就显得尤其重要。
　　为深入了解镦粗法兰边成形过程中的受力情况及金属流动方向，我们采用有限元模拟分析软件DEFORM3D将该变形过程参数化模拟，选取近似材质ANSI1055，工件温度800℃，坯料与模具的接触摩擦因子为0.25，设置主模具终了行程20mm，并将原始工件分割为50000个四面体有限单元进行分析。
　　由图所示，法兰边镦粗饱满时压力需要10.4MPa，故采用1000T设备生产线，冲头材质选用65Nb，调质硬度5860HRC，该材质与高速钢的淬火组织中的化学成分相同，但其不含有大量的未溶碳化物，所以韧性和疲劳强度均优于高速钢，且65Nb回火温度在520℃以上，回火温度高，具有一定的红硬性，适合该产品始锻温度高、冲头容易温升的特性。通过多轮数据分析试验，发现反挤孔深比镦粗孔深浅5mm左右为宜，反挤孔浅成形不易饱满，反挤孔过深则有缺陷风险。
　　4 结语
　　针对有限元分析结果，在确定过程中各处饱满以及没有折叠缺陷产生的情况下，调整反挤孔深。针对退料力过大，将退料器正常退料调整为先退凹模再退冲头的二次退料结构，大大的降低了退料力，产品端面平整。通过实际试制，达到预期效果，满足批量生产要求。
　　参考文献：
　　[1]吴诗.冷温挤压技术[M].北京：机械工业出版社，1995.