CN102166614A - 汽车后桥主动螺伞齿轮锻件锻造方法及生产线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车后桥主动螺伞齿轮锻件锻造方法及生产线。该方法包括辊锻制坯和终锻成型两个工序，其中：辊锻制坯采用四道辊锻工步；终锻成型工艺是将第四工位辊锻件放入终锻成型模具中，在凸模压力作用下，坯料沿套模内壁向下聚料成型，脱模后经顶杆顶出即可。该生产线包括辊锻机和压力机，其中：在辊锻机的上、下轴辊上安装四套扇形模具，通过这些模具完成辊锻制坯工艺，得到第四工位辊锻件；在压力机上装有套筒锻模具，该模具主要由凹模、凸模、套模及顶杆共同组成的封闭的模具型腔，该模具型腔完成第四工位辊锻件的终锻成型工艺，得到的锻件即为汽车后桥主动螺伞齿轮锻件。本发明在锻造生产中，具有噪音小，生产效率和材料利用率高等优点。

Description

汽车后桥主动螺伞齿轮锻件锻造方法及生产线

技术领域

本发明涉及一种对汽车后桥主动螺伞齿轮锻件进行锻造的方法及生产线。

背景技术

汽车后桥主动螺伞齿轮是汽车后桥主减速箱传递动力的关键零件之一，是由锻件经过切削加工而制造的，锻件质量直接影响着零件的使用寿命，汽车后桥主动螺伞齿轮锻件如图1。目前生产汽车后桥主动螺伞齿轮锻件的主要生产方法及生产线是：锤上拔长，模锻压力机模锻成形，该工艺的缺点主要有：

（1）锤上拔长是打击力锻造，设备吨位高，噪音大，需要打击的次数多，生产效率低，劳动环境差，成形的坯件表面粗糙，直线度很低。

（2）一般模锻锻造成形时极易发生弯曲，产生较大的飞边，降低了材料利用率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种对汽车后桥主动螺伞齿轮锻件进行锻造的方法及生产线，以便能够有效地消除锻件存在的缺陷，同时提高生产效率。

本发明解决其技术问题采用一些的技术方案：

本发明提供的汽车后桥主动螺伞齿轮锻件锻造方法，包括辊锻制坯和终锻成型两个工序，其中：

（1）辊锻制坯：

采用以下四道辊锻工步：

第一道辊锻工步：夹住加热后的棒料的一端，沿着与锻辊垂直的方向水平送入第一工位辊锻模上加工，得到第一工位辊锻件，

第二道辊锻工步：将所得第一工位辊锻件绕轴线旋转90°，沿着与锻辊垂直的方向水平送入第二工位辊锻模上加工，得到第二工位辊锻件，

第三道辊锻工步：将所得第二工位辊锻件再次绕轴线旋转90°，沿着与锻辊垂直的方向水平送入第三工位辊锻模上加工，得到第三工位辊锻件，

第四道辊锻工步：将所得第三工位辊锻件第三次绕轴线旋转90°，沿着与锻辊垂直的方向水平送入第四工位辊锻模上加工，得到第四工位辊锻件；

（2）终锻成型：

将第四工位辊锻件放入由凹模、凸模、套模和顶杆组成的终锻成型模具中，在凸模压力作用下，坯料沿套模内壁向下聚料成型；脱模后经顶杆顶出，得到的锻件即为汽车后桥主动螺伞齿轮锻件。

所述凹模内腔的轮廓和尺寸与螺伞齿轮锻件的轮廓和相应尺寸相同；凸模直径与套模内壁直径相同，大于棒料的直径1至2mm，凸模的行程满足终锻成形的需要；套模与套模压板直径之间是过盈配合。

本发明提供的汽车后桥主动螺伞齿轮锻件锻造生产线，包括辊锻机和压力机，其中：辊锻机用于辊锻制坯，在辊锻机的上、下轴辊上安装四套扇形模具，通过这些模具完成辊锻制坯工艺，得到第四工位辊锻件；压力机用于终锻成型，在压力机上安装有套筒锻模具，该模具主要由凹模、凸模、套模及顶杆共同组成的封闭的模具型腔，该模具型腔完成第四工位辊锻件的终锻成型工艺，得到的锻件即为汽车后桥主动螺伞齿轮锻件。

所述辊锻机主要由轴辊、轴瓦、齿轮、滑块、横梁、锲形块、螺杆组成，其中：上轴辊两边由上轴瓦和轴肩固定在辊锻机的上滑块，而上滑块通过第一螺杆固定在机架的上横梁，旋转第一螺杆就可以调节上滑块的高度，继而调节上轴辊的高度；下轴辊两边由下轴瓦和轴肩固定在辊锻机的下滑块，而下滑块与下横梁之间有上锲形块及下锲形块；上锲形块在与斜面垂直的方向通过第四键固定在下滑块，而下锲形块在斜面方向上通过第二键固定在下横梁上；下锲形块的高度靠第二螺杆调节，旋转第二螺杆，即可调节上锲形块与下锲形块之间的实际高度，以此微调下滑块与下轴辊之间的距离；下横梁镶嵌在底座内，通过螺钉固定。上滑块与下滑块通过圆柱螺旋弹簧支撑，已达到将上轴辊、下轴辊禁锢在辊锻机上；通过上述操作使得上轴辊与下轴辊的中心距满足实际生产要求。

所述四套扇形模具分别为第一工位辊锻模、第二工位辊锻模、第三工位辊锻模及第四工位辊锻模，依次对应安装在上轴辊、下轴辊上；四套扇形模具利用第五键周向固定在上轴辊、下轴辊上，以防四个工位辊锻模周向滑动；在四套扇形模具之间利用锲形压块进行轴向固定，以防四个工位辊锻模轴向滑动；锲形压块与上轴辊、下轴辊利用螺钉连接，调节螺钉，进而能微调四个工位辊锻模之间的轴向距离；第一工位辊锻模的左边及第四工位辊锻模的右边利用上轴辊、下轴辊的轴肩来固定；这样就完成了四套扇形模具的定位。

所述终锻成型采用压力机，终锻成型所用的终锻成型模具由凹模、凸模、套模和顶杆组成，其中：上模座和下模座分别固定在压力机工作台上，凹模被镶嵌在下模座上，并通过斜面压板固定；套模压板与套模之间通过过盈配合装配；在套模压板与上模座之间装有阵列分布的四根弹簧及四根导柱，其导柱套在套模压板上，并与上模座螺纹连接；凸模镶嵌在凸模固定板上，通过螺钉固定；而凸模固定板又镶嵌在上模座上，也通过螺钉固定；初始时，将第四工位辊锻件放入凹模内，上模座在压力机的带动下，带动套模、套模压板、凸模及凸模固定板一起向下运动；套模压板与上模座之间由弹簧的弹簧力支撑；上模座继续往下移动，当套模底面与凹模上表面贴合时，套模压板及套模依靠弹簧的弹簧力紧扣在凹模上，此时，凸模与套模发生相对运动，并形成了由凸模、套模、凹模以及顶杆共同组成的封闭的套头锻模具型腔；随后凸模在上模座的带动下，继续向下移动，第四工位辊锻件沿着套模内壁聚料成型；成型后，锻件通过顶杆顶出，即完成对第四工位辊锻件的终锻成型，得到汽车后桥主动螺伞齿轮锻件。

本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：

其一. 采用四道辊锻工步制坯，表面精度很高，加工效果好，而且四个道次在同一台辊锻机上完成，操作方便，设备吨位小，设备投资少，生产效率高。

其二.辊锻制坯的过程是近似静压的、局部的、连续及非封闭变形过程，所以，锻造力小，且无冲击，所以辊锻模比锤锻模的平均寿命高。另外，其噪声公害小，劳动条件较之锤上拔长有很大改善。

其三.辊锻变形过程主要是金属的延伸过程，其金属纤维方向不但不会被破坏，反而能够得到改善，提高了锻件的机械性能。

其四.在终锻成形工序中，辊锻坯件在套模和顶件的双重作用下被固定良好，模具合模效果好，没有飞边槽，能很好地保证锻件加工精度，而且提高了材料的利用率。

例如，某汽车主动螺伞齿轮锻件，原锻件设计下料重量为2.1公斤，而利用本发明下料重量为1.73公斤，生产效率也从原来的每分钟2～3件提高到每分钟5～7件。

总之，本发明在汽车后桥主动螺伞齿轮的锻造生产中，噪音小，制造出力学性能良好及金属流线好的主动螺伞齿轮锻件，能够很大程度上提高生产效率和材料利用率。

附图说明

图1是本发明汽车后桥主动螺伞齿轮锻件图。

图2是本发明棒料主视图。

图3是本发明第一道椭圆型槽辊锻工步模具与工件横剖面图。

图4是本发明第一道辊锻工步模具展开以及工件俯视图。

图5是本发明第二道圆形型槽辊锻工步模具与工件横剖面图。

图6是本发明第二道辊锻工步模具展开以及工件俯视图。

图7是本发明第三道椭圆型槽辊锻工步模具与工件横剖面图。

图8是本发明第三道辊锻工步模具展开以及工件俯视图。

图9是本发明第四道圆形型槽辊锻工步模具与工件横剖面图。

图10是本发明第四道辊锻工步模具展开以及工件俯视图。

图11是本发明辊锻坯件图。

图12是本发明终锻成形初始的剖面图。

图13是本发明终锻成形过程时的剖面图。

图14是本发明终锻成形结束的剖面图。

图15是本发明辊锻成形设备主视图。

图16是本发明辊锻成形设备左视图。

图17是本发明下轴辊及其模具横截面剖面图。

图中：1.螺伞齿轮锻件； 2.棒料； 3.第一工位辊锻模； 4.第一工位辊锻件；5.第二工位辊锻模；  6.第二工位辊锻件；  7.第三工位辊锻模； 8.第三工位辊锻件； 9.第四工位辊锻模； 10.第四工位辊锻件； 11.下模座； 12.斜面压板；13.顶杆；14.凹模；15.套模； 16.套模压板；17.导柱；18.凸模；19.弹簧；20.上模座；21.凸模固定板；22.上轴瓦；23.上轴辊；24.第一键；25.齿轮； 26.圆柱螺旋弹簧； 27.下轴辊； 28.下轴瓦； 29.第二键；30.轴肩；31.锲形压块；32.连接销； 33.第三键； 34.联轴器； 35.底座； 36.第一螺杆； 37.上横梁； 38.上滑块；39.下滑块； 40.第四键； 41.上锲形块；42.下锲形块； 43.第二螺杆；44.下横梁； 45.第五键。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。

一．汽车后桥主动螺伞齿轮锻件的锻造方法

汽车后桥主动螺伞齿轮锻件如图1所示，该锻件分为头部、中部、杆部三部分，头部尺寸包含直径D1：0~100mm、直径D2：0~60mm、斜度A1：0~20°；中部尺寸包含直径D1：0~100mm、直径D3：0~50mm、斜度A2：0~20°、倒角R1：0~10mm；杆部尺寸包含直径D3：0~50mm、直径D4：0~50mm、斜度A3：0~10°；锻件总长L1：0~300mm、杆部总长L2：0~200mm。该锻件由辊锻制坯和终锻成型两个工序锻造而成。

1．辊锻制坯工序：

在卧式辊锻机上安装四套型槽的辊锻模，如图15所示。四套模具均为内圆半径R1的1/4圆弧扇形型槽，R1为辊锻机轴辊的半径；侧面斜度均为A3，该斜度是为了方便安装模具，故A3约为15°；模具高度均为H1，该高度主要是为了利于模具固定在轴辊上，H1>=2D，D为四套模具形成型槽中最大的横截面直径；内腔斜度均为螺伞齿轮锻件1杆部的斜度A1。

所述四套模具的结构如图3至图10所示，其中：

第一工位辊锻模3形成的型槽横截面为以长半轴                                                、短半轴的椭圆形；

第二工位辊锻模5形成的型槽横截面为以

的圆形；

第三工位辊锻模7形成的型槽横截面为以长半轴、的椭圆形；

第四工位辊锻模9形成的型槽横截面为以

的圆形。

采用以下四道辊锻工步：

第一道辊锻工步：夹住加热到1200℃且直径为D5（D5比螺伞齿轮锻件D2小1~2mm），长度为L3（L3根据螺伞齿轮锻件1锻造过程中质量不变的原则计算出来）的棒料2的一端，沿着与锻辊垂直的方向水平送入第一工位辊锻模3上加工，送入的长度为L4（根据体积不变的原则，

），得到第一工位辊锻件4；

第二道辊锻工步：将所得第一工位辊锻件5绕轴线旋转90°，沿着与锻辊垂直的方向水平送入第二工位辊锻模5上加工，得到第二工位辊锻件6；

第三道辊锻工步：将所得第二工位辊锻件6再次绕轴线旋转90°，沿着与锻辊垂直的方向水平送入第三工位辊锻模7上加工，得到第三工位辊锻件8；

第四道辊锻工步：将所得第三工位辊锻件8第三次绕轴线旋转90°，沿着与锻辊垂直的方向水平送入第四工位辊锻模9上加工，得到第四工位辊锻件10，如图11所示。

2．终锻成型工序：

将第四工位辊锻件10放入本发明的终锻成型模具中，如图12所示，凹模14内腔及端口的轮廓和尺寸与与螺伞齿轮锻件1杆部的轮廓及尺寸一致，凸模18直径与套模15内壁直径相同，等于螺伞齿轮锻件1的直径D2。套模15底部的轮廓及尺寸与螺伞齿轮锻件1头部的轮廓及尺寸一致。套模15与套模压板16直径之间是过盈配合。凸模18下压最终会与凹模14、套模15和顶杆13一起形成封闭腔体，第四工位辊锻件10在凸模18压力下，沿套模15内壁向下聚料成型。脱模后经顶杆13顶出，得到的锻件即为汽车后桥主动螺伞齿轮锻件，如图1所示。

经过上述工艺过程，完成汽车后桥主动螺伞齿轮锻件的锻造。

二、汽车后桥主动螺伞齿轮锻件的锻造生产线。

该生产线包含辊锻设备及其模具、挤压设备及其模具。

1．辊锻设备及其模具：

辊锻工艺采用辊锻机作为锻压设备，如图13、图14所示。上轴辊23两边由上轴瓦22和轴肩30固定在辊锻机的上滑块38上，而上滑块38通过第一螺杆36固定在机架的上横梁37上，旋转第一螺杆36就可以调节上滑块38的高度，继而调节上轴辊23的高度。下轴辊27的两边由下轴瓦28和轴肩30固定在辊锻机的下滑块39上，而下滑块39与下横梁44之间有上锲形块41及下锲形块42。上锲形块41在与斜面垂直的方向通过第四键40固定在下滑块39上，而下锲形块42在斜面方向上通过第二键29固定在下横梁44上。下锲形块42的高度靠第二螺杆43调节，旋转第二螺杆43，即可调节上锲形块41与下锲形块42之间的实际高度，以此微调下滑块39与下轴辊27之间的距离。下横梁44镶嵌在底座35内，通过螺钉固定。上滑块38与下滑块39通过圆柱螺旋弹簧26支撑，已达到将上轴辊23、下轴辊27禁锢在辊锻机上。通过上述操作使得上轴辊23与下轴辊27的中心距满足实际生产要求。

如图15、图16所示，将第一工位辊锻模3、第二工位辊锻模5、第三工位辊锻模7及第四工位辊锻模9依次对应安装在上轴辊23、下轴辊27上。四个工位辊锻模分别利用第五键45周向固定在上轴辊23、下轴辊27上，以防四个工位辊锻模周向滑动。在四个工位辊锻模之间利用锲形压块31进行轴向固定，以防四个工位辊锻模轴向滑动。锲形压块31与上轴辊23、下轴辊27利用螺钉连接，调节螺钉，可以对四个工位辊锻模之间的距离进行微调。第一工位辊锻模3的左边及第四工位辊锻模9的右边利用上轴辊23、下轴辊27的轴肩来固定。这样就完成了四个工位辊锻模的定位。

如图13所示，联轴器34利用第三键33与下轴辊27连接，利用连接销32与电动机上的联轴器相连接。上轴辊23及下轴辊27的左端利用第一键24装有齿数、模数、宽度均相等的一对齿轮25。在电动机的带动下，联轴器34和下轴辊27一起做同方向旋转运动；通过齿轮副的外啮合作用，上轴辊23做与下轴辊27相反方向的旋转运动。则安装在上轴辊23、下轴辊27的四个工位辊锻模作相反方向的转动，以此达到对坯料的挤压成型。将棒料2依次放入四个工位辊锻模中，即可完成对棒料2的辊锻加工。

2．挤压设备及其模具：

终锻成型采用挤压机设备，其模具的下模座11和上模座20固定在挤压机的工作台上。凹模14被镶嵌在下模座11上，并通过斜面压板12固定；套模压板16与套模15之间通过过盈配合装配；在套模压板16与上模座20之间装有阵列分布的四根弹簧19及四根导柱17，该导柱套在套模压板16上，并与上模座20螺纹连接；凸模18镶嵌在凸模固定板21上，通过螺钉固定；而凸模固定板21又镶嵌在上模座20上，也通过螺钉固定。初始时，将第四工位辊锻件10放入凹模14内，上模座20在压力机的带动下，带动套模15、套模压板16、凸模18及凸模固定板21一起向下运动。套模压板16与上模座20之间由弹簧19的弹簧力支撑，如图12所示。上模座20继续往下移动，当套模15底面与凹模14上表面贴合时，如图13所示，套模压板16及套模15依靠弹簧19的弹簧力死死的紧扣在凹模14上，此时，凸模18与套模15发生相对运动，并形成了由凸模18、套模15、凹模14以及顶杆13共同组成的封闭的套头锻模具型腔。随后凸模18在上模座20的带动下，继续向下移动，第四工位辊锻件10沿着套模15内壁聚料成型，如图14所示。成型后，锻件通过顶杆13顶出，即完成对第四工位辊锻件10的终锻成型，得到汽车后桥主动螺伞齿轮锻件1。

由上述实施例可知，本发明为汽车后桥主动螺伞齿轮锻件提供了一种新的锻造方法及生产线，该生产线利用立式辊锻机初成型，带有套模的模锻压力机终成型。该生产线不局限于上述实例，对所有的同类型杆形零件，通过改变相应的模具尺寸，该生产线都能满足要求。

本发明主要在以下方面做出了贡献：（1）利用辊锻代替传统锤上拔长，锻件具有较高的尺寸精度，能够满足后序终锻成型的尺寸要求。（2）利用套筒模终锻成型时形成封闭型腔，能有效防止坯料产生飞边和弯曲。因此，提高了生产效率，改善了劳动环境，降低了噪音，能够有效地消除锻件存在的缺陷，且模具结构简单，容易制作。

Claims (6)

1.汽车后桥主动螺伞齿轮锻件锻造方法，其特征是该方法包括辊锻制坯和终锻成型两个工序，其中：

（1）辊锻制坯：采用以下四道辊锻工步，

第一道辊锻工步：夹住加热后的棒料的一端，沿着与锻辊垂直的方向水平送入第一工位辊锻模上加工，得到第一工位辊锻件，

第二道辊锻工步：将所得第一工位辊锻件绕轴线旋转90°，沿着与锻辊垂直的方向水平送入第二工位辊锻模上加工，得到第二工位辊锻件，

第三道辊锻工步：将所得第二工位辊锻件再次绕轴线旋转90°，沿着与锻辊垂直的方向水平送入第三工位辊锻模上加工，得到第三工位辊锻件，

第四道辊锻工步：将所得第三工位辊锻件第三次绕轴线旋转90°，沿着与锻辊垂直的方向水平送入第四工位辊锻模上加工，得到第四工位辊锻件；

（2）终锻成型：

将第四工位辊锻件放入由凹模、凸模、套模和顶杆组成的终锻成型模具中，在凸模压力作用下，坯料沿套模内壁向下聚料成型；脱模后经顶杆顶出，得到的锻件即为汽车后桥主动螺伞齿轮锻件。

2.根据权利要求1的所述的汽车后桥主动螺伞齿轮锻件锻造方法，其特征在于：所述凹模内腔的轮廓和尺寸与螺伞齿轮锻件的轮廓和相应尺寸相同；凸模直径与套模内壁直径相同，大于棒料的直径1至2mm，凸模的行程满足终锻成形的需要；套模与套模压板直径之间是过盈配合。

3.一种汽车后桥主动螺伞齿轮锻件锻造生产线，其特征在于包括辊锻机和压力机，其中：

辊锻机用于辊锻制坯，在辊锻机的上、下轴辊上安装四套扇形模具，通过这些模具完成辊锻制坯工艺，得到第四工位辊锻件；

压力机用于终锻成型，在压力机上安装有套筒锻模具，该模具主要由凹模、凸模、套模及顶杆共同组成的封闭的模具型腔，该模具型腔完成第四工位辊锻件的终锻成型工艺，得到的锻件即为汽车后桥主动螺伞齿轮锻件。

4.根据权利要求3所述的汽车后桥主动螺伞齿轮锻件锻造生产线，其特征在于辊锻机主要由轴辊、轴瓦、齿轮、滑块、横梁、锲形块、螺杆组成，其中：上轴辊两边由上轴瓦和轴肩固定在辊锻机的上滑块，而上滑块通过第一螺杆固定在机架的上横梁，旋转第一螺杆就可以调节上滑块的高度，继而调节上轴辊的高度；下轴辊两边由下轴瓦和轴肩固定在辊锻机的下滑块，而下滑块与下横梁之间有上锲形块及下锲形块；上锲形块在与斜面垂直的方向通过第四键固定在下滑块，而下锲形块在斜面方向上通过第二键固定在下横梁上；下锲形块的高度靠第二螺杆调节，旋转第二螺杆，即可调节上锲形块与下锲形块之间的实际高度，以此微调下滑块与下轴辊之间的距离；下横梁镶嵌在底座内，通过螺钉固定；上滑块与下滑块通过圆柱螺旋弹簧支撑，已达到将上轴辊、下轴辊禁锢在辊锻机上；通过上述操作使得上轴辊与下轴辊的中心距满足实际生产要求。

5.根据权利要求3或4所述的汽车后桥主动螺伞齿轮锻件锻造生产线，其特征是所述四套扇形模具分别为第一工位辊锻模、第二工位辊锻模、第三工位辊锻模及第四工位辊锻模，依次对应安装在上轴辊、下轴辊上；四套扇形模具利用第五键周向固定在上轴辊、下轴辊上，以防四个工位辊锻模周向滑动；在四套扇形模具之间利用锲形压块进行轴向固定，以防四个工位辊锻模轴向滑动；锲形压块与上轴辊、下轴辊利用螺钉连接，调节螺钉，进而能微调四个工位辊锻模之间的轴向距离；第一工位辊锻模的左边及第四工位辊锻模的右边利用上轴辊、下轴辊的轴肩来固定；这样就完成了四套扇形模具的定位。

6.根据权利要求3所述的汽车后桥主动螺伞齿轮锻件锻造生产线，其特征是终锻成型采用压力机，终锻成型所用的终锻成型模具由凹模、凸模、套模和顶杆组成，其中：

上模座和下模座分别固定在压力机工作台上，凹模被镶嵌在下模座上，并通过斜面压板固定；套模压板与套模之间通过过盈配合装配；在套模压板与上模座之间装有阵列分布的四根弹簧及四根导柱，其导柱套在套模压板上，并与上模座螺纹连接；凸模镶嵌在凸模固定板上，通过螺钉固定；而凸模固定板又镶嵌在上模座上，也通过螺钉固定；

初始时，将第四工位辊锻件放入凹模内，上模座在压力机的带动下，带动套模、套模压板、凸模及凸模固定板一起向下运动；套模压板与上模座之间由弹簧的弹簧力支撑；上模座继续往下移动，当套模底面与凹模上表面贴合时，套模压板及套模依靠弹簧的弹簧力紧扣在凹模上，此时，凸模与套模发生相对运动，并形成了由凸模、套模、凹模以及顶杆共同组成的封闭的套头锻模具型腔；随后凸模在上模座的带动下，继续向下移动，第四工位辊锻件沿着套模内壁聚料成型；成型后，锻件通过顶杆顶出，即完成对第四工位辊锻件的终锻成型，得到汽车后桥主动螺伞齿轮锻件。

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