CN103341741B - 汽车后桥主减速器主、从动螺旋伞齿轮坯成形的复合工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于汽车后桥主减速器主、从动螺旋伞齿轮坯成形的复合工艺，复合工艺流程为：a、下料；b、加热；c、楔横轧成对轧制出主动螺旋伞齿轮坯的杆部，并将其分离为两个相同的轧件；d、将两个相同的轧件分别在热模锻压力机上成形出主动螺旋伞轮坯的大端和完整的从动螺旋伞齿轮坯，得到两个相同的锻件，成形后的主动螺旋伞齿轮坯大端和从动螺旋伞齿轮坯之间由连皮连接；e、将两个相同的锻件在连皮处分离，得到两个相同的从动螺旋伞齿轮坯和两个相同的主动螺旋伞齿轮坯；本发明降低模锻设备吨位，有效提高材料利用率，提高生产效率高，消除楔横轧引起的端部凹陷及内裂纹缺陷，改善盆齿内部金属纤维流向，提高零件使用寿命。

Description

汽车后桥主减速器主、从动螺旋伞齿轮坯成形的复合工艺

技术领域

本发明属于机械制造塑性加工工艺领域，具体涉及一种适用于汽车后桥主减速器主、从动螺旋伞齿轮坯成形的复合工艺。

背景技术

汽车后桥主减速器主、从动螺旋伞齿轮是汽车底盘后桥传动系统的重要传力零件，主减速器通过主、从动圆螺旋伞齿轮把输入动力的转速降低，转矩增大，并改变转矩的旋转轴线后，经转向离合器或差速器传出，因此，它们在汽车后桥中有着重要作用，是汽车驱动的关键件，其产品质量直接关系到汽车的行驶安全。由于主从动齿轮承受载荷大，工况差，属于汽车零件中的易损耗件，在一台车的整个服役期间，常常要损耗多件主、从动螺旋伞齿轮，而齿轮坯锻件的质量直接决定了传动的稳定程度及齿轮的使用寿命。

尽管后桥主、从动螺旋伞齿轮在汽车后桥中配套使用，且两者的材料与性能要求相同，工作环境、负载和使用寿命要求也相同，但传统生产主、从螺旋伞齿轮坯都是分开进行的。后桥主动螺旋伞齿轮坯常用的生产工艺主要有热模锻、立式预锻+横式终锻、拔长制坯+顶镦成形、以及楔横轧制等，其中楔横轧制坯+立式顶墩无飞边模锻工艺应用楔横轧将锻件螺旋伞尾相接成对轧出后，用立式顶墩成形大端，这样楔横轧过程中出现的端面凹陷部分就可在顶镦成形时加以利用，在发挥楔横轧的高精度、高生产率等优点的同时，消除了端面凹陷的影响，进一步提高金属的利用率。后桥从动螺旋伞齿轮坯成形工艺主要有闭式模锻、辗环成形和摆动辗压等，闭式模锻成形锻件的内部组织细密，力学性能良好，锻件的成形尺寸和几何形状更接近于成品锻件的精度，但毛坯的下料体积要求必须精确，锻造力较大，设备吨位大；辗环工艺锻件的金属流动呈圆周型分布，有利于填充模具型腔，内部晶粒细小、组织细致，设备吨位较小，缺点是辗环成形容易端面凹坑和毛刺；摆动辗压则施加载荷小，模具的寿命长，但齿轮坯内部金属流线也是轴向分布的。

发明内容

为了克服了上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种汽车后桥主减速器主、从动螺旋伞齿轮坯成形的复合工艺；利用汽车后桥主、从动螺旋伞齿轮配套使用，材料和性能要求相同，工作环境负载和使用寿命要求也相同的特点，将两者作为一个锻件并采用复合工艺成形，从而提高生产效率和材料利用率。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案实现的，结合附图说明如下：

一种汽车后桥主减速器主、从动螺旋伞齿轮坯成形的复合工艺，所述复合工艺将后桥主动螺旋伞齿轮坯和从动螺旋伞齿轮坯两种类型的锻件组合为一个锻件，通过一次下料，应用复合工艺成形出两组配套使用的主动螺旋伞齿轮坯和从动螺旋伞齿轮坯，包括如下步骤：

1)、确定坯料1的尺寸：

将后桥主动螺旋伞齿轮坯和从动螺旋伞齿轮坯两种类型的锻件组合为一个锻件，根据主、从动螺旋伞齿轮坯的零件图，结合楔横轧成对轧制工艺特点及模锻成形要求确定坯料尺寸；

2)、确定楔横轧杆部工艺，设计楔横轧模具：

根据已确定的坯料1尺寸和楔横轧轧制后的轧件2的毛坯图，确定楔横轧楔入次数，设计楔横轧模具；

3)、根据主动螺旋伞齿轮坯大端和从动螺旋伞齿轮坯两者的形状、尺寸要求，结合楔横轧轧制后的轧件2毛坯大端尺寸，设计模锻工艺和模具；

4)、后桥主减速器主、从动螺旋伞齿轮坯成形的复合工艺流程如下：

a、下料；

b、加热；

c、楔横轧成对轧制出主动螺旋伞齿轮坯的杆部，并将其分离为两个相同的轧件，一个为轧件2.1，另一个为轧件2.2；

d、将轧件2.1、轧件2.2分别在热模锻压力机上成形出主动螺旋伞轮坯的大端和完整的从动螺旋伞齿轮坯，得到两个相同的锻件，一个为锻件3.1、另一个为锻件3.2，成形后的主动螺旋伞齿轮坯大端和从动螺旋伞齿轮坯之间由连皮连接；

e、将锻件3.1、3.2在连皮处分离，得到两个相同的从动螺旋伞齿轮坯，一个为从动螺旋伞齿轮坯4.1、另一个为从动螺旋伞齿轮坯4.2和两个相同的主动螺旋伞齿轮坯，一个为主动螺旋伞齿轮坯5.1、另一个为主动螺旋伞齿轮坯5.2。

所述坯料1的体积包括楔横轧轧制后的轧件2体积和热耗损失两部分，坯料1的直径为楔横轧轧制后的轧件2大端直径，坯料1长度尺寸由坯料1体积和直径计算。

楔横轧轧制后的轧件2两大端的体积计算包括主动螺旋伞齿轮坯的大端体积、从动螺旋伞齿轮坯体积、以及在模锻成形完成后两者之间的连皮部分的体积；杆部尺寸为对称分布的两个主动螺旋伞齿轮坯的杆部，并计入中间预留切口余量部分。

所述楔横轧轧制主动螺旋伞齿轮坯的杆部时是成对轧制的，通过合理选择断面收缩率，坯料1轧制时多次楔入成形出主动螺旋伞齿轮坯的杆部，并将其分离为两个相同的轧件，一个为轧件2.1、另一个为轧件2.2。

模锻成形出主动螺旋伞齿轮坯的大端和从动螺旋伞齿轮坯，分为镦粗、预锻和终锻三道工序。

后桥主减速器主、从动螺旋伞齿轮坯成形的复合工艺流程还包括如下步骤：

1)热处理；

2)喷丸；

3)检测。

确定坯料1的尺寸：将后桥主动螺旋伞齿轮坯和从动螺旋伞齿轮坯两种不同类型的锻件组合为一个锻件后，根据主、从动齿轮坯的零件图，结合楔横轧成对轧制工艺特点模锻成形要求确定坯料尺寸，具体步骤如下：

选择棒料1直径：

棒料1直径选择应综合考虑楔横轧和模锻工艺要求，坯料直径过小，则选择镦粗时无法满足镦粗比极限的要求，极易出现折叠缺陷；坯料直径选取过大，楔入次数过多，大大延长中心所受拉应力的时间，会导致楔横轧主动伞齿轮杆部中心疏松的缺陷。具体选择时首先从模锻角度考虑，圆饼类锻件下料直径的计算公式如下

$D_m=(0.83~0.89)\sqrt[3]{V}---\left(1\right)$

其中：D_m为理论初定的坯料直径；V为复合锻件大端坯料体积，计算公式为

V＝(V_d+V_f)×(1+δ％)   (2)

其中：V_d为锻件体积(复合锻件体积，不包含主动齿轮坯杆部)；V_f为飞边加冲孔连皮的体积；δ为金属加热损耗率。

绘制成对轧制的轧件图：

轧件图绘制主要依据棒料直径D_m、主动螺旋伞齿轮坯锻件杆部尺寸、并考虑加工余量等因素，由于是成对轧制，还需预留切口余量。轧件图中大端的长度应根据(2)式和D_m计算确定。

根据轧件图和D_m计算棒料1长度：

根据轧件图尺寸计算坯料体积，进一步可计算出棒料长度L₀：

L₀＝4V₀/(πD_m ²)+2Δl   (3)

式中：V₀为轧件总体积；Δl为单侧料头长度，由于大端还需模锻，故两端料头长度取为0。

根据主动螺旋伞齿轮杆部楔横轧工艺，设计楔横轧模具：

首先根据前面绘制的轧件图，确定杆部轧制时的热锻件图；然后根据杆部各段直径变化确定分楔入次数，并计算各段的收缩率；依据收缩率确定每次楔入的成形角α，并选择展宽角β；选择设备型号。依据工艺分析结果设计各楔入段模具，每段一般均包括楔入段、楔入平整段、展宽段、精整段，最后还包括剪切段，各段模具参数包括成形角展宽角β、楔入长度和圆心角。

根据主动螺旋伞齿轮坯大端和从动螺旋伞齿轮坯两者的形状、尺寸要求，结合楔横轧轧制后的轧件毛坯大端尺寸，合理设计模锻工艺和相关模具，包括：

首先合理制定复合锻件图，并确定其热锻件图；根据锻件尺寸变化要求选择设备及其吨位；由于模锻阶段杆部尺寸不发生变化，因此模具设计设计终锻模膛，设计依据为热锻件图；然后设计预锻模膛，其设计要求为预锻件易于放入终锻模膛，且高度方向预锻工步尺寸比终锻工步尺寸大1～3mm，轮毂部分预锻工步体积比终锻工步的体积大1％～3％，当轮辐比较薄而宽时，取小值，轮辐厚度可以和终锻工步相等或略小一些，一般相差0.5～1mm，主动与从动齿轮间连皮相连接处圆角半径分别为10mm，5mm，为了使金属向两侧流动受较小的阻力。

后桥主减速器主、从动螺旋伞齿轮坯成形的复合工艺流程如下：

(1)下料；

(2)加热；

(3)楔横轧成对轧制出主动螺旋伞齿轮坯的杆部，并将其分离为两个锻件；

(4)模锻成形出主动螺旋伞齿轮坯的大端和从动螺旋伞齿轮坯，分为镦粗、预锻和终锻三道工序，成形后的主动螺旋伞齿轮坯大端和从动螺旋伞齿轮坯之间由连皮连接；

(5)冲床将主动、从动齿轮坯进行分离，得到主、从动螺旋伞齿轮坯锻件；

(6)热处理；

(7)喷丸；

(8)检测。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.将主、从动螺旋伞齿轮坯作为一个锻件一次成形，从动齿轮环形件心部作为主动齿轮坯的大端，可降低模锻设备吨位，有效提高材料利用率；

2.一次下料可成形出两个主动螺旋伞齿轮坯和两个从动螺旋伞齿轮坯，可有效降低能耗，提高生产效率高；

3.采用楔横轧工艺和模锻工艺复合，可以发挥楔横轧工艺的高精度、高生产率等优点的，而后续模锻又可消除楔横轧引起的端部凹陷，改善盆齿内部金属纤维流向；

4.闭式模锻得到从动螺旋伞齿轮坯和主动螺旋伞齿轮坯盆齿部位，由于是模锻成形，因此金属流线更合理，大大提高零件使用寿命；

5.楔横轧工艺生产的主动螺旋伞齿轮坯盆齿部位和杆部连接处极易形成内裂纹，采用复合工艺模锻时可以进行焊合，消除楔横轧导致的内裂纹缺陷。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是复合工艺成形过程示意图；

图2是楔横轧成对轧制后的毛坯图；

图3是某汽车后桥主动齿轮坯锻件图；

图4是某汽车后桥从动齿轮坯锻件图；

图5是楔横轧轧制后的轧件图；

图6是模锻成形后的锻件图；

图7是模锻过程中预锻模膛图；

图8是模锻过程中终锻模膛图；

图9是分离工序图。

图中：1、棒料；2、楔横轧轧制后的轧件；3、模锻后的锻件；4、从动螺旋伞齿轮坯；5、主动螺旋伞齿轮坯；6、切边凸模；7、飞边；8、切边凹模；9、弹簧；10、顶料装置；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

附图2、3为某汽车厂生产的后桥主、从动螺旋伞齿轮坯锻件图，锻件材料为20CrMoH，应用本发明成形工艺流程如下：

1.下料：将主动螺旋伞齿轮坯和从动螺旋伞齿轮坯组合为一个锻件，根据两锻件的总体积，结合楔横轧成对轧制和模锻工艺特点，确定棒料直径为Φ70mm，长度为328mm，并用GB4228带锯床下料；

2.加热：采用中频感应加热炉将坯料加热至锻造工艺所需的温度，；

3.楔横轧轧制杆部：在H1000楔横轧机上分三楔入轧制，分别是在楔Ⅰ段将坯料由Φ70mm轧至Φ48mm，在楔Ⅱ段将坯料由Φ48mm轧至Φ36.3mm，在楔Ⅲ段将坯料由Φ48mm轧至Φ28.4mm，最后将成对轧制的两个锻件切断。

4.热模锻压力机上成形：将完成杆部轧制的两个锻件分别在2000t热模锻压力机上成形主动螺旋伞轮坯的大端和从动螺旋伞齿轮坯，主要包括如下工序：

(1)镦粗最佳镦粗直径在可用经验公式选取或有限元分析确定，最终确定镦粗直径为Φ154mm左右，最佳镦粗下压量约为100mm左右。

(2)预锻终锻模膛的设计依据是预锻件图，预锻件的设计实质上是在金属流动规律把握基础上进行合理的体积分配，按照镦粗后毛坏的成形特点与体积分配特点，体积再分配采用预锻轮毂体积等于终锻轮毂体积，预锻轮缘体积等于终锻轮缘体积，预、终锻件体积相等的原则，保证轮毅、轮缘在终锻时充满，设计预锻模膛参阅图7所示。

(3)终锻主动螺旋伞齿轮坯的大端和从动螺旋伞齿轮坯最终是在终锻模膛内成形的，终锻模膛的设计依据是热锻件图，所以要设计终锻模膛，应先制定热锻件图，设计终锻模膛参阅图8所示。

5.分离：终锻成形后的主、从动螺旋伞轮坯由连皮连接，最后在冲床上进行分离，用于分离的切边模结构简图参阅图9所示。

6.热处理：根据锻件性能要求，进行热处理。

7.喷丸：分离后的锻件采用喷丸去除氧化皮。

8.检测：检测锻件的尺寸和内部组织结构是否达到要求。

Claims (5)

1.一种汽车后桥主减速器主、从动螺旋伞齿轮坯成形的复合工艺，其特征在于：

所述复合工艺是将后桥主动螺旋伞齿轮坯和从动螺旋伞齿轮坯两种类型的锻件组合为一个锻件，通过一次下料，应用复合工艺成形出两组配套使用的主动螺旋伞齿轮坯和从动螺旋伞齿轮坯，其成形包括如下步骤：

1)确定坯料(1)的尺寸：

将后桥主动螺旋伞齿轮坯和从动螺旋伞齿轮坯两种类型的锻件组合为一个锻件，根据主、从动螺旋伞齿轮坯的零件图，结合楔横轧成对轧制工艺特点及模锻成形要求确定坯料尺寸；

2)确定楔横轧杆部工艺，设计楔横轧模具：

根据已确定的坯料(1)尺寸和楔横轧轧制后的轧件(2)的毛坯图，确定楔横轧楔入次数，设计楔横轧模具；

3)根据主动螺旋伞齿轮坯大端和从动螺旋伞齿轮坯两者的形状、尺寸要求，结合楔横轧轧制后的轧件(2)毛坯大端尺寸，设计模锻工艺和模具；

4)后桥主减速器主、从动螺旋伞齿轮坯成形的复合工艺流程如下：

a、下料；

b、加热；

c、楔横轧成对轧制出主动螺旋伞齿轮坯的杆部，并将其分离为两个相同的轧件(2.1，2.2)；

d、将轧件(2.1，2.2)分别在热模锻压力机上成形出主动螺旋伞轮坯的大端和完整的从动螺旋伞齿轮坯，得到两个相同的锻件(3.1，3.2)，成形后的主动螺旋伞齿轮坯大端和从动螺旋伞齿轮坯之间由连皮连接；

e、将锻件(3.1，3.2)在连皮处分离，得到两个相同的从动螺旋伞齿轮坯(4.1，4.2)和两个相同的主动螺旋伞齿轮坯(5.1，5.2)。

2.根据权利要求1所述的汽车后桥主减速器主、从动螺旋伞齿轮坯成形的复合工艺，其特征在于：

所述坯料(1)的体积包括楔横轧轧制后的轧件(2)体积和热耗损失两部分，坯料(1)的直径为楔横轧轧制后的轧件(2)大端直径，坯料(1)长度尺寸由坯料(1)体积和直径计算；

楔横轧轧制后的轧件(2)两大端的体积计算包括主动螺旋伞齿轮坯的大端体积、从动螺旋伞齿轮坯体积、以及在模锻成形完成后两者之间的连皮部分的体积；杆部尺寸为对称分布的两个主动螺旋伞齿轮坯的杆部，并计入中间预留切口余量部分。

3.根据权利要求1所述的汽车后桥主减速器主、从动螺旋伞齿轮坯成形的复合工艺，其特征在于：

所述楔横轧轧制主动螺旋伞齿轮坯的杆部时是成对轧制的，通过合理选择断面收缩率，坯料(1)轧制时多次楔入成形出主动螺旋伞齿轮坯的杆部，并将其分离为两个相同的轧件(2.1，2.2)。

4.根据权利要求1所述的汽车后桥主减速器主、从动螺旋伞齿轮坯成形的复合工艺，其特征在于：

模锻成形出主动螺旋伞齿轮坯的大端和从动螺旋伞齿轮坯，分为镦粗、预锻和终锻三道工序。

5.根据权利要求1所述的汽车后桥主减速器主、从动螺旋伞齿轮坯成形的复合工艺，其特征在于：

后桥主减速器主、从动螺旋伞齿轮坯成形的复合工艺流程还包括如下步骤：

1)热处理；

2)喷丸；

3)检测。