CN103521522B - 一种半轴套管的楔横轧精密成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种汽车半轴套管楔横轧精密成形方法，技术方案为将一端带圆台的圆形空心坯料加热到轧制温度，穿入芯棒，通过轴向推料装置将其送入两个模具之间。模具根据近无料头轧制的原则,采用不对称楔和变展宽角、成形角设计,并且在近端头位置设计反向台阶控制轧件的轴向窜动。轧件在模具的作用下轧制成形，每圈完成一个汽车空心半轴套管毛坯的生产，本发明的技术方案生产效率和材料利用率高，机加工余量小，壁厚偏差小，废品率低，生产环境好。

Description

一种半轴套管的楔横轧精密成形方法
技术领域
本发明属于金属塑性成形技术领域，特别提供了一种楔横轧带芯棒精密成形直径单向减小的空心半轴套管毛坯的方法，适用于楔横轧半轴套管毛坯或带法兰盘、凸缘类半轴套管预制坯的生产。
技术背景
半轴套管是汽车后桥上的重要零件之一，在汽车的行驶时，要承受整个车身及货物的重量和复杂的交变应力，半轴套管的质量，直接影响着车辆的行驶安全。因而要求其生产工艺能保证零件流线分布合理，内部组织致密，有很高的疲劳强度。
国内外载重汽车的半轴套管基本上都是用锻造工艺生产。楔横轧是轴类零件成形的先进工艺，以其高效、节材，生产环境好等优点在轧制实心轴上得到了广泛的应用，近年来也成功地应用于载重汽车后桥插入式空心轴头上，这种空心轴头的特点是台阶直径由中间向两侧逐渐减小，楔横轧成形也由中间向两侧逐渐展宽。而有的半轴套管或带法兰盘、凸缘类半轴套管的法兰和凸缘外侧是直径单向逐渐减小的空心台阶轴，如图1所示，采用楔横轧工艺成形这种半轴套管毛坯或预制坯，轧件显著不对称，而且有料头部分的材料损失。为了充分发挥楔横轧高效，节材的优势，希望楔横轧成形半轴套管轧件料头尽量小，甚至接近无料头轧制。但不对称近无料头轧制直径单向减小的空心零件，轧件很容易发生严重的端头压扁和轴向窜动，实现楔横轧半轴套管的经济轧制有很大的难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种省料的汽车半轴套管毛坯或预制坯的楔横轧精确成形方法。
该方法包括：
步骤一、将一端为圆台状的圆形空心钢坯加热到900～1150℃，所述圆台锥角θ=25～35°；
步骤二、将所述钢坯穿入芯棒，通过轴向推料装置将其送入上下两个具有变成形角和变展宽角的模具之间；
步骤三、钢坯在所述两个模具作用下做回转运动，轧制成轧件；
步骤四、所述轧件由所述轴向推料装置从所述两个模具之间推出，顶出芯棒，得到空心半轴套管毛坯。
优选地，步骤二中使用的所述两个具有变成形角和变展宽角的模具中，
模具前段的成形角α1取值范围是30～45°,展宽角β1取值范围是4～7°，模具后段的成形角α2取值范围是40～55°,展宽角β2取值范围是1.5～4°。
优选地，步骤二中使用的所述两个具有变成形角和变展宽角的模具均为楔不对称模具。
优选地，步骤三中轧制的所述轧件具有反向台阶，所述反向台阶直径比所述轧件的最小直径大10%，宽度为钢坯直径的20%左右。
本发明是一种楔横轧带芯棒成形直径单向减小的汽车半轴套管毛坯的方法，因为轧件具有不对称性，台阶直径单向减小并希望实现近无料头轧制，其实现原理如下:
1.轧件小直径侧轧制到接近轧件端头时,随着料头的减小,轴向力越来越小,为了保证轴向力的平衡,本发明的模具采用不对称设计，其左右两侧的楔不对称，在轧制过程中，两侧的楔结束时间不一样，轧件大直径侧先完成成形。
2.轧件小直径侧轧制区接近端头时会出现压扁失稳,展宽角越大,成形角越小压扁失稳越严重,所以在尽量减少模具辊面的前提下保证成形,要采用变展宽角,变成形角设计,在接近端头的位置宜采用较小的展宽角,较大的成形角。模具楔成形角α1取值α1＝30～45°,展宽角β1取值β1＝4～7°，成形角α2取值α2＝40～55°,展宽角β2取值β2＝1.5～4°。
3.轧件的压下量越大，压扁变形越大，将轧件坯料小直径侧预成形为圆台状，其中该圆台中母线与高的夹角θ=25～35°（在后称为锥角），使轧件在接近端部轧制时压下量逐渐减小，可以有效的避免压扁失稳。
4.对于直径单向逐渐减小的空心台阶轴,随着端头的减小和压扁,轧件向大端侧轴向窜动严重，使轧件存在椭圆和表面螺旋痕的缺陷。在轧件小端（小直径侧）端部设计一个宽度为轧件原始直径（即坯料外径δ0）的20%或20%左右,直径比轧件的最小直径（即成形轧件中外径最小部分的直径）大10%或10%左右的反向台阶T,可以控制轧件的轴向窜动，保证成形质量。虽然在此部分直径上增加了较少的材料损失，但实现了接近无料头轧制，显著的节约了材料。
本发明的技术方案适用于板式和两辊楔横轧带芯棒轧制直径单向减小的不对称空心轴类零件，如半轴空心套管或带法兰盘、凸缘类半轴套管预制坯的近无料头经济化生产。采用这种楔横轧工艺生产半轴套管毛坯和预制坯，获得的轧件能得到精确的台阶形状与尺寸，带芯棒轧制又能保证其组织致密，满足性能要求。近无料头轧制的楔横轧成形方法与传统的锻造方法比较，优点为：生产效率高、材料利用率高、机加工余量小、壁厚偏差小、废品率低、生产环境好等。
附图说明
图1为汽车半轴套管图和剖面图。
图2为本发明汽车半轴套管楔横轧原始坯料。
图3为本发明楔横轧模具和轧件的三维图；其中1是上辊，2是下辊，3是轧件，4是芯棒。
图4为本发明楔横轧模具展开图。
图5为本发明楔横轧模具槽形图。
图6为本发明楔横轧成形的接近无料头轧件。
具体实施方式
本发明是利用楔横轧工艺与设备，实现汽车半轴套管毛坯的经济化生产。
实施例1
采用楔横轧成形工艺完成汽车半轴空心套管的轧制。将一端带30°锥角圆台的坯料（如图2）加热到1000℃，穿入芯棒，芯棒4的直径与坯料内径之差为1mm左右，通过轴向推料装置将其送入两个模具——上辊和下辊之间。带芯棒的坯料在模具作用下做回转运动，轧件3被轧制成形，如图3所示。成形结束后，轧件3由轴向推料装置从两个模具之间推出，顶出芯棒4，得到图6所示的空心半轴套管毛坯，整个过程在一台楔横轧机、一副模具上完成。
图4、图5是楔横轧成形汽车半轴套管毛坯实施实例的模具展开图和槽形图。模具顶圆直径R为1400mm，该模具采用变成形角、变展宽角设计，前段B的成形角和展宽角为α1，β1，后段F的成形角和展宽角为α2，β2。本实施例中，成形角α1＝40°，α2＝50°，展宽角β1＝6°，β2＝3.5°；坯料外径δ0为160mm，内径δi为60mm。轧件最小直径为102mm；反向台阶T直径为112mm，宽度M为32mm。
实施例2
采用楔横轧成形工艺完成汽车半轴空心套管（如图1）的轧制。将一端带25°锥角圆台的坯料（如图2）加热到900℃，穿入芯棒，芯棒直径与坯料内径之差为1mm左右，通过轴向推料装置将其送入两个模具之间。带芯棒的坯料在模具作用下做回转运动，轧件被轧制成形，如图3所示。成形结束后，轧件由轴向推料装置从两个模具之间推出，顶出芯棒，得到图6所示的空心半轴套管毛坯。
图4、图5是楔横轧成形汽车半轴套管毛坯实施实例的模具展开图和槽形图。模具顶圆直径为Φ1200mm，成形角α1＝45°，α2＝55°，展宽角β1＝4°，β2＝1.5°；坯料外径δ0为110mm，内径δi为55mm；轧件最小直径为82mm；反向台阶T直径为90mm，宽度M为22mm。
实施例3
采用楔横轧成形工艺完成汽车半轴空心套管（如图1）的轧制。将一端带35°锥角圆台的坯料（如图2）加热到1150℃，穿入芯棒，芯棒直径与坯料内径之差为1mm左右，通过轴向推料装置将其送入两个模具之间。带芯棒的坯料在模具作用下做回转运动，轧件被轧制成形，如图3所示。成形结束后，轧件由轴向推料装置从两个模具之间推出，顶出芯棒，得到图6所示的空心半轴套管毛坯。
图4、图5是楔横轧成形汽车半轴套管毛坯实施实例的模具展开图和槽形图。模具顶圆直径为Φ1000mm，成形角α1＝30°，α2＝40°，展宽角β1＝7°，β2＝4°。坯料外径δ0为90mm，内径δi为30mm；轧件最小直径为60mm；反向台阶T直径为65.5mm，宽度M为18mm。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (4)

1.一种汽车半轴套管楔横轧精密成形方法，其特征在于：
步骤一、将一端为圆台状的圆形空心钢坯加热到900～1150℃，圆台锥角θ＝25～35°；
步骤二、所述钢坯穿入芯棒，通过轴向推料装置将带芯棒的钢坯送入上下两个具有变成形角和变展宽角的模具之间；
步骤三、钢坯在所述两个模具作用下做回转运动，轧制成轧件；
步骤四、所述轧件由所述轴向推料装置从所述两个模具之间推出，顶出芯棒，得到空心半轴套管毛坯。
2.按照权利1所述的汽车半轴套管楔横轧精密成形方法，其特征在于，步骤二中使用的所述两个具有变成形角和变展宽角的模具中，
模具前段的成形角α1取值范围是30～45°,展宽角β1取值范围是4～7°，模具后段的成形角α2取值范围是40～55°,展宽角β2取值范围是1.5～4°。
3.按照权利1所述的汽车半轴套管楔横轧精密成形方法，其特征在于，步骤二中使用的所述两个具有变成形角和变展宽角的模具均为楔不对称模具。
4.按照权利1所述的汽车半轴套管楔横轧精密成形方法，其特征在于：步骤三中轧制的所述轧件具有反向台阶，所述反向台阶直径比所述轧件的最小直径大10％，宽度为钢坯直径的20％左右。
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