CN103071979A - 一种花键轴叉毛坯成型工艺 - Google Patents

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李宏
叶勇
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Abstract

本发明涉及一种花键轴叉毛坯成型工艺，首先将叉部采用立式锻造成形，柄部直接为圆钢下料后端面车平，然后与抛丸后的叉部一一对接采用摩擦焊接的方式最终成型。采用额定顶锻压力为100吨的连续驱动式摩擦焊设备进行焊接，焊后毛坯自然冷却后经过调质、柄部机加工、感应淬火和叉部耳孔加工后即为成品。本发明的有益效果为：花键轴叉毛坯采用本成形工艺与传统的整体锻造一次成形工艺相比，具有能耗小、材料省、所需锻造设备吨位小等优点。

Description

一种花键轴叉毛坯成型工艺
技术领域
本发明涉及重型花键套的成型工艺，主要是一种花键轴叉毛坯成型工艺。
背景技术
花键轴叉在重型汽车和工程机械的动力传动方面应用广泛，其基本结构由叉部和柄部两部分组成，根据不同用途和规格可分为A、B、C、D四大系列，同一系列产品有多种型号，叉部结构尺寸相同仅柄部长度不同。
花键轴叉毛坯一般采用锻造成形，原有工艺采用整体加热锻造一次成形，该工艺的特点是生产效率较高，班产可达500件，但由于整体锻造锻件体积大、重量大，锻造飞边多，材料利用率低，一般下料重量为12～23Kg，甚至高达35Kg，整体加热能耗大，锻造工人劳动强度大，锻造所需设备吨位大，工作噪声和震动大，工作环境恶劣，对周边环境影响较大。此外，由于存在四大系列，每个系列有多种型号，对长度相差较大（大于20）或批量较大的产品必须单独开发模具，仅长度相差不大（小于20）或批量较小产品借用长度相近的锻件，因此同一系列模具规格多，且整体锻造采用水平方式锻造，模具体积大，以A系列为例，一副模具尺寸为550*360*350，重量为550Kg，模具投入成本很大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种花键轴叉毛坯成型工艺。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，这种花键轴叉毛坯成型工艺，首先将叉部采用立式锻造成形，柄部直接为圆钢下料后端面车平，然后与抛丸后的叉部一一对接采用摩擦焊接的方式最终成型。
本发明中，采用额定顶锻压力为100吨的连续驱动式摩擦焊设备进行焊接，焊后毛坯自然冷却后经过调质、柄部机加工、感应淬火和叉部耳孔加工后即为成品。
本发明中，具体摩擦焊接工艺参数，叉部和柄部材料均为40Cr，焊前接口尺寸为直径80mm，叉部在夹具上夹紧固定，柄部采用液压卡盘夹紧并旋转，转速为900r/min；预摩擦压力为15MPa，时间为8s；连续摩擦压力为73MPa，时间为38s，摩擦变形量为5～6mm；停车时间为0.3s；顶锻压力为155MPa，顶锻速度为15mm/s，保压时间为15s，顶锻变形量为6～7mm，总变形量为11～13mm。
本发明的有益效果为：花键轴叉毛坯采用本成形工艺与传统的整体锻造一次成形工艺相比，具有能耗小、材料省、所需锻造设备吨位小等优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
其中：叉部1；柄部2。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细的介绍：
花键轴叉毛坯采用本工艺的技术特点是采用两次成型，首先将叉部1采用立式锻造成形，柄部2直接为圆钢下料后端面车平，然后与抛丸后的叉部1一一对接采用摩擦焊接的方式最终成型（见图1）。采用本工艺的显著特点是锻件部分的叉部体积小、重量轻，一般叉部下料重量为6～9Kg，最大不超过13Kg，锻造加热能耗小，锻造工人劳动强度低，锻造所需设备吨位小，工作噪声和震动相对较小，工作环境和周边环境得到明显改善，同一系列产品由于叉部结构尺寸相同，故只需加工一副锻造模具，模具体积小，以A系列为例，一副模具尺寸为450*320*350，重量为400Kg，单重减轻150Kg，减重27%，由于模具数量少且规格小，模具投入成本大大降低。
该工艺的技术创新点在于综合锻造和摩擦焊接两种工艺，对花键轴叉毛坯采用两次成型。最大难点在于摩擦焊接工艺，由于产品规格较大，焊前接口尺寸为直径65～90mm，由于是实心焊接，焊前两端面的杂质和摩擦过程中产生的氧化物很难在摩擦和顶锻过程中全部挤出，使得焊缝质量很难保证。我们采用额定顶锻压力为100吨的连续驱动式摩擦焊设备进行焊接，焊后毛坯自然冷却后经过调质、柄部机加工、感应淬火和叉部耳孔加工后即为成品。经过两年多的工艺摸索、优化和性能实验反复验证，通过采用大摩擦压力、大摩擦变形量和大顶锻压力、大顶锻变形量，将焊前两端面和摩擦过程中产生的杂质和氧化物都挤出，确保了焊缝纯净度。采用该工艺定型后加工的成品与整体锻造后加工的成品多次做静扭强度和疲劳强度对比实验，无一例在摩擦焊接处失效，两者强度相当，焊接样品各项性能指标均达到设计要求。现A、B两个系列已批量生产，预计年产量为8万件（A系列为5万件，B系列为3万件），具体摩擦焊接工艺参数，以A系列为例：叉部和柄部材料均为40Cr，焊前接口尺寸为直径80mm，叉部在夹具上夹紧固定，柄部采用液压卡盘夹紧并旋转，转速为900r/min；预摩擦压力为15MPa，时间为8s；连续摩擦压力为73MPa，时间为38s，摩擦变形量为5～6mm；停车时间为0.3s；顶锻压力为155MPa，顶锻速度为15mm/s，保压时间为15s，顶锻变形量为6～7mm，总变形量为11～13mm。目前生产效率为班产200件左右，与整体锻造相比，生产效率较低，但经济效益非常明显。
花键轴叉毛坯采用本成形工艺与传统的整体锻造一次成形工艺相比，具有能耗小、材料省、所需锻造设备吨位小等优点。以A系列轴叉为例，该系列轴叉有9个型号，毛坯总长在290～405mm，整体锻造平均下料重量为21Kg，采用本工艺仅叉部进行锻造并通用，下料重量为9Kg，平均锻造重量减轻12Kg（21-9=12），柄部平均下料重量为8Kg，总下料重量为17Kg（9+8=17），较21Kg减轻4Kg。若锻造成本按1.5元/Kg计，则单位锻造成本可降低18元（12*1.5=18），材料成本按6元/Kg计，则单位材料成本可降低24元（6*4=24），本工艺最终成形采用摩擦焊增加单位成本6元，则单位成本平均可降低36元（18+24-6=36）。该系列产品每年生产按5万件计算，则年节约成本约180万元（36*5=180），采用本工艺平均节电3.2度/件（按锻造采用中频感应加热，耗电量按0.35度/Kg计，整体锻造增加耗电量为12*0.35=4.2度/件，摩擦焊接耗电量为1度/件，可节电4.2-1=3.2），年可节电16万度（3.2*5=16）。此外，此工艺可以推广应用到其它系列花键轴叉的毛坯生产，可大大降低锻造劳动强度，改善工作环境，并同一系列产品的锻造模具由多种变成一种且规格减小，所需锻造设备吨位减小一半左右，综合经济效益明显。除目前A、B两个系列已批量生产外，还可以推广应用到C、D系列花键轴叉的毛坯生产，推广应用前景广阔。
本发明不局限于上述实施方式，不论在其形状或材料构成上作任何变化，凡是采用本发明所提供的结构设计，都是本发明的一种变形，均应认为在本发明保护范围之内。

Claims (3)

1.一种花键轴叉毛坯成型工艺，其特征在于：首先将叉部采用立式锻造成形，柄部直接为圆钢下料后端面车平，然后与抛丸后的叉部一一对接采用摩擦焊接的方式最终成型。
2.根据权利要求1所述的花键轴叉毛坯成型工艺，其特征在于：采用额定顶锻压力为100吨的连续驱动式摩擦焊设备进行焊接，焊后毛坯自然冷却后经过调质、柄部机加工、感应淬火和叉部耳孔加工后即为成品。
3.根据权利要求1所述的花键轴叉毛坯成型工艺，其特征在于：具体摩擦焊接工艺参数，叉部和柄部材料均为40Cr，焊前接口尺寸为直径80mm，叉部在夹具上夹紧固定，柄部采用液压卡盘夹紧并旋转，转速为900r/min；预摩擦压力为15MPa，时间为8s；连续摩擦压力为73MPa，时间为38s，摩擦变形量为5～6mm；停车时间为0.3s；顶锻压力为155MPa，顶锻速度为15mm/s，保压时间为15s，顶锻变形量为6～7mm，总变形量为11～13mm。
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