CN101693259B - 一种冷拔传动轴的生产方法及模具 - Google Patents

Abstract

一种采用冷拔工艺生产传动轴的方法，它包括：A、坯料的检测分类定档，将坯料按硬度进行分类，分为5个区间类别，即HB≤170、HB170～200、HB200～230、HB230～250、HB250以上；B、拉拔前的预处理，预处理包括：酸洗处理、中和处理、磷化处理和二硫化钼皂化处理；C、拉拔处理：将坯料轧尖、拉拔、校直、检测包装入库。本发明还提供了一种采用冷拔工艺生产传动轴的模具，它包括A型拉丝硬质合金模和C型拉拔硬质合金模，本发明对模具的导入、导出锥度以及模腔定径带的尺寸进行了改进，将模具的导入锥加大，定径带增长，从而减小导入时坯料与模具接触面积，增加了拉拔时坯料在模腔中的稳定。

Description

一种冷拔传动轴的生产方法及模具

技术领域

本发明涉及一种金属延压加工的方法，特别是一种采用冷拔工艺生产传动轴的方法及采用冷拔工艺生产传动轴的模具。

背景技术

传统的传动轴加工采用的是机械切削加工，工时消耗大、材料利用率低、成本高；而传统的冷拔工艺生产的冷拉型钢(GB905-1994)又无法生产出能满足传动轴公差、精度等要求的冷拉型钢。传统的冷拔工艺生产的冷拉圆钢的公差及精度最高只能生产h8级的产品，公差大都在0～-0.03mm以上，无法满足装配轴承的要求。其主要技术难度是冷拔时的尺寸无法精确控制。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种采用冷拔工艺生产传动轴的方法及采用冷拔工艺生产传动轴的模具。

本发明的技术方案是：一种采用冷拔工艺生产传动轴的方法，其具体的生产方法如下：

A、坯料的检测分类定档：将坯料按硬度进行分类，分为5个区间类别，即HB≤170、HB170～200、HB200～230、HB230～250、HB250以上。

分类定档的目的是为了模具的设计及调整提供重要的依据，由于不同钢厂生产的坯料，甚至同一钢厂不同炉号的坯料其出厂时的化学成份、强度、硬度、塑性指标都有一定差异，在拉拔过程中，因其产生拉拔抗力及内应力的变化，都会对拉拔的材料尺寸公差产生较大的影响，即使在拉拔之前采用保护气氛退火处理，也会因退火工艺的控制形成一定的差异，原材料的硬度越高，塑性越低，拉拔抗力和变形内应越大，拉拔后材料的膨胀系数就越大。对拉拔前的坯料进行原始状态的检测进行分类，能够较好地控制拉拔时的变形内应力，然后采用不同模具进行配合拉拔从而达到超高精度的拉拔效果。

B、拉拔前的预处理，拉拔前的预处理包括：

一、酸洗处理：将坯料用重量比为10～15％硫酸浸泡，浸泡温度70～80℃，浸泡时间25～30分钟。

二、中和处理：将酸洗处理后的坯料浸泡在重量比为5％N_aOH水溶液中，浸泡温度40℃，浸泡时间10分钟，然后清水冲洗干净。

三、磷化处理：将中和处理后的坯料浸泡在磷化液中，浸泡温度70～80℃，浸泡时间10～15分钟。

所述的磷化液由下述组份的原料组成，其份数为重量份，其中：氧化锌0.015、硝酸0.018、磷酸0.008、水1。

四、二硫化钼皂化处理：将磷化处理后的坯料浸泡在皂化液中，浸泡温度40～50℃，浸泡时间5～10分钟。

所述的皂化液由下述组份的原料组成，其份数为重量份，其中：二硫化钼0.01～0.03、肥皂0.03～0.06、石灰0.03～0.06、水1。

拉拔过程中，坯料的预处理润滑条件也是影响拉拔精度的关键因素之一，目前普通采用酸洗除锈+中和+上灰(石灰)皂化工艺。本发明对坯料的润滑处理采用了独创的酸洗除锈+中和+磷化+二硫化钼皂化工艺，坯料通过磷化后，表面形成一层磷化膜，磷化膜为致密细微的网状组织，在皂化液中加入一定的二硫化钼后，将在网状组织中附留二硫化钼、肥皂和石灰等，从而改善了润滑条件，大大地减少了拉拔的磨擦系数，使拉拔过程中坯料的磨擦系数下降3～5倍，为下一步调整模具尺寸、提高模具使用寿命、减少变形抗力创造了条件。

C、拉拔处理：将坯料轧尖——→拉拔——→校直——→检测包装入库。拉拔时，按坯料的检测分类定档，对不同硬度的坯料采用不同模具进行配合拉拔，从而达到高精度的拉拔效果。

本发明还提供了一种采用冷拔工艺生产传动轴的模具，它包括A型拉丝硬质合金模和C型拉拔硬质合金模，A型拉丝硬质合金模适用直径≤φ10mm以下的拉丝产品，C型拉拔硬质合金模适用直径＞φ10mm以上的拉拔产品。

按照GB6883国标的设计，A型拉丝硬质合金模由模套和硬质合金模芯组成，硬质合金模芯镶嵌在模套上，在硬质合金模芯的模腔内设有导入锥L1、L3、导出锥L2和定径带L0，导入锥L1的导入角为α，导入锥L3的导入角为β，导出锥L2的导出角为γ，定径带L0的长度为h，直径为d01。C型拉拔硬质合金模由模套和硬质合金模芯组成，硬质合金模芯镶嵌在模套上，在硬质合金模芯的模腔内设有导入锥L1、导出锥L2和定径带L0，导入锥L1的导入角为α，导出锥L2的导出角为γ，定径带L0的长度为h。

按照GB6883国标设计的拉拔硬质合金模生产的冷拉型钢公差一般只能控制在0.03mm～0.06mm，满足不了传动轴的精度要求。坯料在拉拔过程中的塑性变形主要是在模具的导入锥中完成的，导入锥起到了预拉缩径作用，模具的定径带起精拉和稳定尺寸的作用。拉拔模具导入锥的大小、定径带的长短会直接影响拉拔的效果，冷拔模具的设计水平主要体现在导入锥和定径带的设计上。传统拉拔模具导入锥(即β角和α角)较小，模腔定径带较短，难于实现超高精度拉拔。主要是因为模具导入锥越小拉拔时变形坯料与模腔接触面积会增加，增大拉拔阻力和变形内应力，造成坯料出腔后的膨胀系数增大，应力松弛时尺寸难于控制；还会造成拉拔效率下降，为了减小拉拔力，只能减小拉拔压缩比，进行多道次拉拔，提高成本，降低效率。模具定径带短会造成拉拔尺寸难于稳定，还会使模具容易磨损使用寿命低。

本发明对模具的导入、导出锥度以及模腔定径带的尺寸进行了改进。本发明的技术方案是：将模具的导入锥，尤其是α角，减小导入时坯料与模具接触面积，减小拉拔阻力。同时为了增加拉拔时坯料在模腔中的稳定，对定径带尺寸进行适当的增长，而且也有效地提高了模具的使用寿命。

本发明对模具的设计建立起一套完整的数学模型。以GB6883标准设计的模具为基础，模具的导入角β和α角根据坯料原始状况分级的5个档类，依次增大，即坯料的强度硬度越高，导入角β和α越大。

β和α角计算的公式为表1所示。

表1

模腔的定径带L₀长度增长计算公式为：h＝国标值+0.113×α增大值，其中α的单位为度，L₀增加值单位为mm。

模腔的导出角γ在GB6883基础上增大5°～7°。

本发明与现有技术相比具有如下特点：

本发明采用无切削加工的冷拔工艺生产高精度的冷拔传动轴产品，冷拔出来的产品可以替代机械切削加工的传动轴，直接装配轴承使用。与现有技术相比，该工艺方法生产的传动轴，具有精度高、表面光亮、尺寸稳定，综合机械性能优良等优点。由于采用冷拔工艺生产实现了传动轴的无切削加工，可以大量地节约原材料资源，减少机械切削加工工时，提高工效降低成本。经济效益和社会效益巨大。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

附图说明

附图1为A型拉丝硬质合金模的结构示意图；

附图2为C型拉拔硬质合金模的结构示意图。

具体实施方式

一种采用冷拔工艺生产传动轴的方法，其具体的生产方法如下：

A、坯料的检测分类定档：将坯料按硬度进行分类，分为5个区间类别，即HB≤170、HB170～200、HB200～230、HB230～250、HB250以上。

B、拉拔前的预处理，拉拔前的预处理包括：

一、酸洗处理：将坯料用重量比为10～15％硫酸浸泡，浸泡温度70～80℃，浸泡时间25～30分钟。

二、中和处理：将酸洗处理后的坯料浸泡在重量比为5％N_aOH水溶液中，浸泡温度40℃，浸泡时间10分钟，然后清水冲洗干净。

三、磷化处理：将中和处理后的坯料浸泡在磷化液中，浸泡温度70～80℃，浸泡时间10～15分钟。

所述的磷化液由下述组份的原料组成，其份数为重量份，其中：氧化锌0.015、硝酸0.018、磷酸0.008、水1。

四、二硫化钼皂化处理：将磷化处理后的坯料浸泡在皂化液中，浸泡温度40～50℃，浸泡时间5～10分钟。

所述的皂化液由下述组份的原料组成，其份数为重量份，其中：二硫化钼0.02、肥皂0.05、石灰0.05、水1。

C、拉拔处理：将坯料轧尖——→拉拔——→校直——→检测包装入库。拉拔时，按坯料的检测分类定档，对不同硬度的坯料采用不同模具进行配合拉拔。

一种采用冷拔工艺生产传动轴的模具，它包括A型拉丝硬质合金模和C型拉拔硬质合金模。

A型拉丝硬质合金模由模套1和硬质合金模芯2组成，硬质合金模芯2镶嵌在模套1上，在硬质合金模芯2的模腔内设有导入锥L1、L3、导出锥L2和定径带L0，导入锥L1的导入角为α，导入锥L3的导入角为β，导出锥L2的导出角为γ，定径带L0的长度为h。

在本实施例中，以GB6883标准设计的模具为基础，对A型拉丝硬质合金模的导入、导出锥度以及模腔定径带的尺寸进行了改进，模具的导入角β和α角根据坯料原始状况分级的5个档类，依次增大，即坯料的强度硬度越高，导入角β和α越大。

β和α角的计算的公式为表1所示。

表1

模腔的定径带L₀长度增长计算公式为：h＝国标值+0.113×α增大值，其中α的单位为度，L₀增加值单位为mm。

模腔的导出角γ在GB6883基础上增大7°。

C型拉拔硬质合金模由模套3和硬质合金模芯4组成，硬质合金模芯4镶嵌在模套3上，在硬质合金模芯4的模腔内设有导入锥L1、导出锥L2和定径带L0，导入锥L1的导入角为α，导出锥L2的导出角为γ，定径带L0的长度为h。

在本实施例中，以GB6883标准设计的模具为基础，对C型拉拔硬质合金模的导入、导出锥度以及模腔定径带的尺寸进行了改进，模具的导入角α根据坯料原始状况分级的5个档类，依次增大，即坯料的强度硬度越高，导入角α越大。

α角的计算的公式为表2所示。

表2

模腔的定径带L₀长度增长计算公式为：h＝国标值+0.113×α增大值，其中α的单位为度，L₀增加值单位为mm。

模腔的导出角γ在GB6883基础上增大7°。

Claims (4)

1.一种采用冷拔工艺生产传动轴的方法，其特征是：

A、坯料的检测分类定档：将坯料按硬度进行分类，分为5个区间类别，即HB≤170、HB170～200、HB200～230、HB230～250、HB250以上；

B、拉拔前的预处理，拉拔前的预处理包括：

一、酸洗处理：将坯料用重量比为10～15％硫酸浸泡，浸泡温度70～80℃，浸泡时间25～30分钟；

二、中和处理：将酸洗处理后的坯料浸泡在重量比为5％N_aOH水溶液中，浸泡温度40℃，浸泡时间10分钟，然后清水冲洗干净；

三、磷化处理：将中和处理后的坯料浸泡在磷化液中，浸泡温度70～80℃，浸泡时间10～15分钟；

所述的磷化液由下述组份的原料组成，其份数为重量份，其中：氧化锌0.015、硝酸0.018、磷酸0.008、水1；

四、二硫化钼皂化处理：将磷化处理后的坯料浸泡在皂化液中，浸泡温度40～50℃，浸泡时间5～10分钟；

C、拉拔处理：将坯料轧尖——→拉拔——→校直——→检测包装入库，拉拔时，按坯料的检测分类定档，对不同硬度的坯料采用不同模具进行配合拉拔。

2.根据权利要求1所述的一种采用冷拔工艺生产传动轴的方法，其特征是：所述的皂化液由下述组份的原料组成，其份数为重量份，其中：二硫化钼0.01～0.03、肥皂0.03～0.06、石灰0.03～0.06、水1。

3.一种采用冷拔工艺生产传动轴的拉丝硬质合金模，由模套（ 1） 和硬质合金模芯（ 2） 组成，硬质合金模芯（ 2） 镶嵌在模套（ 1） 上，在硬质合金模芯（ 2） 的模腔内设有导入锥L1、L3、导出锥L2和定径带L0，导入锥L1的导入角为α，导入锥L3的导入角为β，导出锥L2的导出角为γ，定径带L0的长度为h，其特征是：以GB6883标准设计的模具为基础，模具的导入角β和α角根据坯料原始状况分级的5个档类，依次增大，即坯料的强度硬度越高，导入角β和α越大，

β和α角的计算的公式为表1所示

表1 

模腔的定径带L0 长度增长计算公式为：h＝国标值+0.113×α增大值，其中α的单位为度，L0 增加值单位为mm；

模腔的导出角γ在GB6883基础上增大5°～7°。

4.一种采用冷拔工艺生产传动轴的拉拔硬质合金模，由模套（ 3） 和硬质合金模芯（ 4） 组成，硬质合金模芯（ 4） 镶嵌在模套（ 3） 上，在硬质合金模芯（ 4） 的模腔内设有导入锥L1、导出锥L2和定径带L0，导入锥L1的导入角为α，导出锥L2的导出角为γ，定径带L0的长度为h，其特征是：以GB6883标准设计的模具为基础，模具的导入角α根据坯料原始状况分级的5个档类，依次增大，即坯料的强度硬度越高，导入角α越大，α角的计算的公式为表2所示，

表2 

模腔的定径带L0 长度增长计算公式为：h＝国标值+0.113×α增大值，其中α的单位为度，L0 增加值单位为mm；

模腔的导出角γ在GB6883基础上增大5°～7°。

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