CN101913058B

CN101913058B - 汽车变速器同步滑套辗压制坯法

Info

Publication number: CN101913058B
Application number: CN2010102356313A
Authority: CN
Inventors: 莫亚夫
Original assignee: 莫亚夫
Current assignee: Chongqing Ping Gang Machinery Co., Ltd.
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2030-07-23
Also published as: CN101913058A

Abstract

本发明公开了一种以圆钢为坯料的汽车变速器同步滑套辗压制坯法，经过下料、加热、镦粗、冲盲孔及预成型、冲连皮及压端面、辗扩成型、整形、正火及抛丸等工序制成，其关键在于所述的辗扩成型步骤中所用的辗轮上有与汽车变速器同步滑套毛坯对应的环向凹槽。本发明将辗环加工技术应用在变速器同步滑套毛坯上，最大限度地减少了后续机加工量，降低了材料消耗，延长了成品的使用寿命。

Description

汽车变速器同步滑套辗压制坯法

技术领域

本发明属于汽车变速器技术领域，具体地讲，是一种汽车变速器同步滑套辗压制坯法。

背景技术

我国汽车工业产品质量近年来有很大发展，但其中部分坯件的锻造加工技术仍较落后，如生产汽车变速器内各档位同步滑套坯件。传统的锻压方法难以达到坯件尺寸的较高要求，但由于在锻压技术革新方面没有较大突破，目前仍采用传统方法进行锻造。经过下料、加热、墩坯、冲孔、冲连皮制成圆环形的坯件，锻造出的坯件与成品零件之间留有较大的尺寸余量，再通过机加加工外圆面上的环向凹槽。这种锻造方法存在的主要问题是：材料消耗高，后期加工量大。若使用钢管切割成短节的圆环形坯料，一是钢管生产本身成本很高，钢管售价高，加上锯料时3～4mm的锯缝几乎消耗5％～10％的材料；二是钢管生产壁厚偏差较大，GB8162-1999规定壁厚差允许范围为-10％～+12％，生产汽车配件的厂家向钢管厂订货时就必须按增大10％壁厚来订货才能保证内孔加工的要求。

所以，以上两种方法均是以加大坯件尺寸与成品零件尺寸等代价来保证产品质量，直接地影响就是原材料消耗高，机加工量大，尤其是大尺寸的汽车变速器同步滑套，增加了制造成本。象汽车变速器同步滑套这种外圆面上带有环向凹槽的圆环形坯件，锻造加工坯件和钢管生产几乎无法生产出带环向凹槽的圆环形坯件，均靠后期机加工切削出凹槽。凹槽部分的材料是完全浪费，而往往这些凹槽占坯件总体积的15％～20％。

传统的环形零件也有部分采用锻压辗环的加工技术，这种辗环加工的方法可以极大地降低坯件的生产制造成本，提高坯件的制造精度，其主要的步骤如下：下料、加热、去氧化皮、镦粗、冲孔、落料平端面、扩展成形、整形、正火、抛丸。这种锻压辗环的方法目前在实际生产中，也仅限于制造普通的圆环形坯件。对于汽车变速器同步滑套的加工，在传统的辗环加工中尚未出现。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种汽车变速器同步滑套辗压制坯法，最大限度地减少后续机加工量，降低材料消耗，同时提高坯件的综合机械性能。

为解决以上技术问题，本发明提供的汽车变速器同步滑套辗压制坯法，包括以下步骤：

a)下料：依据成品同步滑套坯件的尺寸计算其净重量，在该净重量的基础上考虑火耗和冲孔连皮消耗，确定下料重量，在满足下料长度/圆钢直径＜2.5的条件下，确定圆钢直径和下料长度，将圆钢剪裁成所需长度的坯料；

b)加热：将剪好的坯料送入加热炉中加热至1160～1200℃；

c)镦粗：根据冲孔模具要求，将加热至1160～1200℃的坯料送至相应吨位的锻压设备中墩成腰鼓形坯件，镦粗后的坯件高度为镦粗前的0.2～0.6倍。

d)预成型及冲盲孔：再将镦粗后的腰鼓形坯件放入锻压设备的预成型模具中，冲压成带盲孔的预制坯件；

e)冲连皮及压端面：在用锻压设备冲掉连皮的同时将预制坯件锻压成两端面平整的圆环坯件，保持预制坯件的孔径不变；

f)辗扩成型：将1050℃左右的圆环坯件套入辗压机辗轴中，压下辗轮进行辗扩成型，辗扩成型完成时坯件的终轧温度≥830℃；

g)整形：将辗扩成型后的坯件用相应的整形模具在锻压设备上进行整形；

h)正火：将整形后的坯件放入正火炉中按正火工艺进行正火，消除金属变形应力；

i)抛丸：消除坯件表面的氧化铁；

其关键在于：

所述步骤f中的辗轮为带有同轴内孔的圆柱体，在辗轮的左端面上有一圆柱形的定位槽，该定位槽与辗轮同轴且直径大于所述辗轮的内孔直径，在辗轮的外圆环上有一环向凹槽，所述环向凹槽的中部有一环向凸台；在所述辗轮的轴向截面上，所述环向凹槽的顶部与底部的宽度比值≥1，该环向凹槽顶部与底部之间的连接面与所述辗轮左端面的夹角α为0°～20°，所述环向凸台的底部与顶部的宽度比值≥1，所述环向凸台的顶部低于所述辗轮的外圆环表面；

所述步骤f中的辗轴由工作圆柱体、位于工作圆柱体左侧的圆锥体和位于工作圆柱体右侧的支撑圆柱体组成，所述支撑圆柱体的直径小于或等于所述工作圆柱体的直径，所述圆锥体左端直径小于右端直径，在该圆锥体的左端开有螺纹连接孔，所述工作圆柱体、圆锥体、支撑圆柱体和螺纹连接孔同轴线。

上述的汽车变速器同步滑套辗压制坯法，所述步骤f中的辗轮上的环向凹槽倒圆角，环向凸台倒圆角。

上述的汽车变速器同步滑套辗压制坯法，所述步骤b中的加热炉为感应电炉或燃气炉。

本发明以圆钢为坯料，通过下料、加热、镦粗、预成型及冲盲孔、冲连皮及压端面等一系列工序后进行辗扩成型。所述辗扩成型的工作原理与传统的辗扩成型原理相同，由辗轮和辗轴组成的辗压成形模具进行辗扩成型。将辗轮和辗轴分别装在工作架上，将工件套在所述辗轴的工作圆柱体上，辗轮为主动轴，辗轴活接在工作架上。辗轮下移与工件接触，工件的高度刚好能卡入所述辗轮的环向凹槽内，辗轮带动工件随辗轮一起转动。辗轮在不断辗压工件的过程中继续下移，工件的高度始终不变，工件的厚壁逐渐减小，同时工件的直径不断变大。当工件与预先设置在辗轴周围的定位轮接触时(图中未示出)，停止辗扩成型工序。辗扩成型完成后，再进行整形、正火及抛丸工序，便可制成汽车变速器同步滑套坯件。

本发明巧妙地运用了圆钢材料的热锻性能，通过压缩、冲孔、延伸、扩展等多种方法，极大地降低了辗压加工零件的扩孔比(最小扩孔比K＜1)，具有以下优点：

1)辗环制坯冲孔小，冲孔连皮浪费少，扩孔后坯件的内外圆无斜度，环件截面尺寸形状接近于成品，既减少了切削加工量，又节约了原材料。同时，圆环形坯件的外圆环上的环向凹槽可在辗扩成型中一并成型，再一次节约了原材料。

2)辗环变形是径向压缩，周向延伸，坯件金属纤维沿圆周连续排列，与坯件实际使用时的受力和磨损相适应，提高了成品零件的强度和耐磨性。

3)整形完成后，利用锻造余热保温进行正火处理，仅此一项即可节约能源40％左右，有效降低了制造成本。

综上所述，本发明以圆钢为坯料利用辗环技术制坯来代替原先的锻造制坯技术和钢管加工坯件技术，同时将传统的锻压辗环加工技术应用在汽车变速器同步滑套坯件的加工上，具有以下有益效果：

1)汽车变速器同步滑套坯件外形直接用模具辗压成形，避免了机加带来的材料损耗，与锻坯及用钢管加工而成的坯件相比，材料损耗降低了15％～30％；

2)采用辗扩成型，坯件成型沿径向逐步轧制扩展，提高了坯件的内在质量，提高了坯件的制造精度，改善了成品零件的热处理性能，成品使用寿命显著提高。

3)减少了后续机加工余量，提高了生产效率，极大地降低了坯件的生产制造成本，节省了人力和物力，机加成本明显降低。

附图说明

图1本发明中辗扩成型设备示意图。

图2本发明中辗扩成型设备中辗环的结构示意图。

图3本发明中辗扩成型设备中辗轴的结构示意图。

图4本发明的工艺流程图。

图5汽车变速器同步滑套坯件图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

要加工如图5所示的汽车变速器同步滑套坯件，采用如图4所示的工艺流程：

a)下料：依据成品同步滑套坯件的尺寸计算其净重量，在该净重量的基础上考虑火耗和冲孔连皮消耗，确定下料重量，在满足下料长度/圆钢直径＜2.5的条件下，确定圆钢直径和下料长度，将圆钢剪裁成所需长度的坯料；成品尺寸是机加工后滑套成品尺寸，采用锻造制坯一般每个加工面要增加2.5～5mm的加工余量，采用辗环制坯工艺生产坯件由于辗扩成型精度要高，每个加工端面增加1.5mm加工余量就能完全满足加工要求。

b)加热：将剪好的坯料送入感应电炉中加热至1160～1200℃左右；也可以送入燃气炉中加热火耗相应增3％～4％；待锻。

c)镦粗：根据冲孔模具要求，将加热至1160～1200℃的坯料送至相应吨位的锻压设备中，如空气锤、曲臂压力机、摩擦压力机等，墩成腰鼓形坯件，镦粗后的坯件高度为镦粗前的0.2～0.6倍。

e)冲连皮及压端面：在用锻压设备冲掉连皮的同时将预制坯件锻压成两端面平整的圆环坯件，保持预制坯件的孔径不变；考虑金属材料的热膨胀系数，此道工序在用锻压设备冲掉连皮的同时将坯件锻压高度增加0.5～1.5mm，且两端面平整的圆环坯件。

f)辗扩成型：经过上述几道工序，出炉时1160～1180℃的圆环坯件已降温至1050℃左右。将辗轮1和辗轴2分别装在工作架4上，将坯件3从辗轴2的右端套入辗轴2的工作圆柱体2a上，通过辗轮1上方的压力机(图中未示出)压下辗轮1。辗轮1为主动轴，辗轴2活接在工作架4上。辗轮1下移与坯件3接触，坯件3的高度刚好能卡入辗轮1的环向凹槽2b内，辗轮1带动坯件3随辗轮1一起转动，开始进行辗扩成型，。辗轮1在不断辗压坯件3的过程中继续下移，坯件3的高度始终不变，坯件3的厚壁逐渐减小，同时坯件3的直径不断变大。当坯件3与预先设置在辗轴2周围的定位轮接触时(图中未示出)，停止辗扩成型工序，辗扩成型完成时坯件的终轧温度≥830℃；

g)整形：将辗扩成型后的坯件3用相应的整形模具在锻压设备上进行整形，进一步提高坯件3的几何尺寸精度，此时坯件温度≥830℃。

h)正火：将整形后的坯件3放入正火炉中按正火工艺进行正火，消除金属变形应力；

i)抛丸：将正火后的坯件3进行抛丸，消除坯件3表面的氧化铁。

整个工艺流程属于锻压辗环加工的常用工艺流程，之所以能加工出汽车变速器同步滑套坯件这种外圆面带有环向凹槽的圆环形坯件，，其关键是在步骤f辗扩成型中使用了如下的辗轮1和辗轴2：

如图1、图2所示的辗轮1为带有内孔的圆柱体，内孔与该圆柱体同轴；在辗轮1的左端面上有一圆柱形的定位槽1a，定位槽1a与辗轮1同轴且直径大于辗轮1的内孔直径，与圆柱体的内孔形成了一个T形圆台孔。辗轮1的内孔及定位槽1b能使辗轮稳固地安装在工作架4上，并能保证辗轮1在辗压过程中不会发生窜动。在辗轮1的外圆环上有一环向凹槽1b，环向凹槽1b的中部有一环向凸台1c；在辗轮1的轴向截面上，环向凹槽1b的顶部与底部的宽度比值≥1，环向凹槽1b顶部与底部之间的连接面与辗轮1左端面的夹角α为0°～20°，设置这个夹角的目的是为了便于辗压过程中金属的挤压流动，保证坯件金属体充满辗轮1的环向凹槽1b，辗轮1外圆环上的环向凹槽1b充满金属而不产生飞边，从而辗制出的坯件3外型完整规则；同时还能方便脱模。环向凸台1c的底部与顶部的宽度比值≥1，环向凸台1c的顶部低于辗轮1的外圆环。这样的辗轮结构，完全是依据如图5所示的汽车变速器同步滑套毛坯的外圆环结构而设置，使坯件3刚好能卡入辗轮1的环向凹槽1b内；同时也是为了方便脱模。

如图1、图3所示的辗轴2由工作圆柱体2a、位于工作圆柱体2a左侧的圆锥体2b和位于工作圆柱体2a右侧的支撑圆柱体2c组成。支撑圆柱体2c的直径小于或等于所述工作圆柱体2a的直径，在支撑圆柱体2c的下方有支撑架5对辗轴2起支撑作用，以保证辗轴2的正常转动。辗轴2左侧的圆锥体2b左端直径小于右端直径，在圆锥体2b的左端开有螺纹连接孔2d，螺纹连接孔2d与工作架4相连。工作圆柱体2a、圆锥体2b、支撑圆柱体2c和螺纹连接孔2d同轴线。辗轴2在工件3的左侧设置挡板6，保证工件3在辗扩成型过程中不发生轴向移动。

如图1所示，辗轮1和辗轴2的设置是依据汽车变速器同步滑套坯件的结构形式而定。在具体实施时，辗轮1的环向凹槽深度比坯件3的壁厚通常少1～3mm，因此，辗轮1在辗压过程中与辗轴2的距离≥1～3mm。辗轮1的环向凸台1c的高度与坯件3的环向凹槽深度一致。环向凹槽1b顶部与底部之间的连接面与辗轮1左平面的夹角α为0°～20°，在坯件3中没有对应的倾斜角，这个夹角是为方便脱模及避免辗轮1高速旋转产生的窜动在坯件3相应面上产生拉槽而设置的。

如图2所示，辗轮1上的环向凹槽1b倒圆角，环向凸台1c倒圆角。

实施例：用20CrMnTi φ60mm的圆钢加工外径φ₁＝185mm，内径φ₂＝150mm，高度h＝28mm，外径凹槽宽h₁＝19mm，外径凹槽深h₂＝7.5mm的档位同步滑套坯件，加工工序如下：

a)下料，以上尺寸是机加工后滑套成品尺寸，采用原有锻造制坯一般每个加工面要增加2.5～5mm的加工余量，采用辗环制坯工艺生产坯件由于辗扩成型精度要高，每个加工端面增加1.5mm加工余量就能完全满足加工要求。因此计算坯件原料重量时，外径φ₁＝188mm，内径φ₂＝147mm，高度h＝31mm，外径凹槽宽h₁＝16mm，外径凹槽深h₂＝7.5mm。为使辗制时，辗轮1外圆环上的环形凹槽1b充满金属及不产生飞边，辗轮1环向凹槽1b的顶部与底部之间的连接面与辗轮1左端面的夹角α取0°～20°，该倾斜角α的设置是为了方便脱模，也可称为脱模角以此计算坯件净重量：

加脱模角δ耗料约0.1Kg，制成坯件净重约2.19g。

使用感应电炉加热，火耗按15％约30g，采用直径为φ48mm的辗轴2，冲孔直径为φ50mm，连皮厚度为6mm，连皮重量约100g。

下料重量＝2.19+0.03+0.1＝2.32Kg。

选用φ60mm的圆钢，下料长度L＝104.5mm。

下料长度/圆钢直径＝104.5/60＝1.742＜2.5，符合要求。

用棒料剪机集成104.5mm长度的坯料。

b)加热：将剪好的坯料送入感应电炉中加热至1180℃左右；也可以送入燃气炉中加热火耗相应增3％～4％；待锻。

c)镦粗：根据冲孔模具要求，将加热至1180℃左右的坯料送至相应吨位的锻压设备中，如空气锤、曲臂压力机、摩擦压力机等，压制成高度约33mm，直径约110mm的腰鼓形圆坯件。

d)预成型及冲盲孔：将镦粗后的腰鼓形坯件放入锻压设备的预成型模具中，冲压成外径约117mm，内孔为50mm，带盲孔的圆环坯件。

e)冲连皮及压端面：制成后坯件高度为31mm，考虑金属材料的热膨胀系数，此道工序在用锻压设备冲掉连皮的同时将坯料锻压至31.5mm高度且两端面平整的圆环坯件。

f)辗扩成型：经过上述几道工序，出炉时1160～1180℃的坯件已降温至1050℃左右，将坯件套入辗压机辗轴2中，压下辗轮1进行辗扩成型。

在辗扩成型过程开始时，圆环坯件的外径为117mm，壁厚为33.5mm，成型后坯件的外径为188mm，壁厚为20.5mm。

坯料到坯件3的外径变形比为188/117＝1.6；

壁厚变形比为33.5/20.5＝1.63；

成型坯件3厚度与外径凹槽深度比为20.5/7.5＝2.73；

辗压外槽的相对变形率仅是壁厚变形率的1.63/2.733＝60％，特别是辗轮1环形凹槽1b顶部与底部之间的连接面与辗轮1左平面的夹角α取0°～20°时，便于辗压过程中金属的挤压流动，保证坯件金属体充满辗轮1的环向凹槽1b，辗制出的坯件外形完整规则。辗扩成型完成时坯件的终轧温度≥830℃。

g)整形：将辗制成型后的坯件3用相应的整形模具在锻压设备上进行整形，进一步提高坯件3的几何尺寸精度，此时坯件3温度≥830℃。

h)正火：将整形后的坯件3放入正火炉中按正火工艺进行正火，消除金属变形应力。

i)抛丸：将正火后的坯件3进行抛丸，消除坯件表面的氧化铁。

辗扩工艺与锻造坯件比较：

采用锻造工艺制作外径φ185的汽车变速器同步滑套坯件，各加工面加工余量为2.5～5mm，坯件重量约3.1Kg；冲孔直径φ₁为145mm时，连皮厚度至少为10mm，连皮重量约1.2Kg，下料重量约4.3Kg。

辗扩工艺与钢管比较：

增加锯缝3mm，与锻造件同样的加工余量，钢管消耗量约为3.35Kg。

辗扩工艺制作外圆面带有径向凹槽的圆环形坯件的汽车变速器同步滑套坯件节约原料基于两大特点：

1)辗扩成型加整形后坯件几何尺寸精度很高，加工余量很少，节约原料约3.1-2.62＝0.48Kg，约15.5％。

2)由辗扩成型辗压外圆面带有径向凹槽的圆环形坯件，此类坯件环向凹槽是锻造制坯工艺极难制造的，节约原料0.53Kg，环向凹槽材料节约率约20％，综合节约率为30％。

Claims

1.一种汽车变速器同步滑套辗压制坯法，包括以下步骤：

b)加热：将剪好的坯料送入加热炉中加热至1160～1200℃；

c)镦粗：根据冲孔模具要求，将加热至1160～1200℃的坯料送至相应吨位的锻压设备中墩成腰鼓形坯件，镦粗后的坯件高度为镦粗前的0.2～0.6倍；

f)辗扩成型：将1050℃左右的圆环坯件套入辗压机辗轴(2)中，压下辗轮(1)进行辗扩成型，辗扩成型完成时坯件的终轧温度≥830℃；

i)抛丸：消除坯件表面的氧化铁；

其特征在于：

所述步骤f中的辗轮(1)为带有同轴内孔的圆柱体，在辗轮(1)的左端面上有一圆柱形的定位槽(1a)，该定位槽(1a)与辗轮(1)同轴且直径大于所述辗轮(1)的内孔直径，在辗轮(1)的外圆环上有一环向凹槽(1b)，所述环向凹槽(1b)的中部有一环向凸台(1c)；在所述辗轮(1)的轴向截面上，所述环向凹槽(1b)的顶部与底部的宽度比值≥1，该环向凹槽(1b)顶部与底部之间的连接面与所述辗轮(1)左平面的夹角α为0°～20°，所述环向凸台(1c)的底部与顶部的宽度比值≥1，所述环向凸台(1c)的顶部低于所述辗轮(1)的外圆环；

所述步骤f中的辗轴(2)由工作圆柱体(2a)、位于工作圆柱体(2a)左侧的圆锥体(2b)和位于工作圆柱体(2a)右侧的支撑圆柱体(2c)组成，所述支撑圆柱体(2c)的直径小于或等于所述工作圆柱体(2a)的直径，所述圆锥体(2b)左端直径小于右端直径，并大于所述工作圆柱体(2a)的直径，在该圆锥体(2b)的左端开有螺纹连接孔(2d)，所述工作圆柱体(2a)、圆锥体(2b)、支撑圆柱体(2c)和螺纹连接孔(2d)同轴线。

2.按照权利要求1所述的汽车变速器同步滑套辗压制坯法，其特征在于：所述步骤f中的辗轮(1)上的环向凹槽(1b)倒圆角，环向凸台(1c)倒圆角。

3.按照权利要求1或2所述的汽车变速器同步滑套辗压制坯法，其特征在于：所述步骤b中的加热炉为感应电炉或燃气炉。