CN103769825B - 一种汽车用行星齿轮架及其冷锻成形工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种汽车用行星齿轮架及其冷锻成形工艺，涉及一种带弧形凸台的圆环状构件的成形工艺，具体来说可以是一种汽车用行星齿轮架的成形方法。本发明具体工艺流程如下：下料——球化退火——制坯——抛丸——表面磷皂化处理——镦粗——反挤成形——去应力退火——钻中间大孔——机加工中心孔及背面——去除连皮——钻小孔。本发明的优点是可以增加材料的利用率以及减少带弧形凸台的圆环状构件的制造工序，又能降低生产企业的成本，提高生产效率。

Description

一种汽车用行星齿轮架及其冷锻成形工艺

技术领域：

本发明涉及一种带弧形凸台的圆环状构件的结构及其成形工艺，具体来说可以是一种汽车用行星齿轮架及其冷锻成形工艺。

背景技术：

行星齿轮组是汽车自动变速箱(AT)中的关键零部件，其齿轮外壳及齿轮架精度是齿轮传动精度的有力保证，同时由于其使用量大，制作工艺的经济性也是一项不可或缺的考虑因素。

目前现有的成形方式包括板件冲压成形、铸造或锻造后经金加工成形、冷锻成形。板件冲压成形由于强度不高已逐渐退出市场，铸造成坯工序复杂、加工余量大，不利于材料的有效利用，冷锻成形是目前应用较广泛的一种方法，通常是通过反挤压后冲压缺口成形，但其冲压模结构复杂、寿命短且材料利用率相对于普通锻造产品而言也不是很高。近年来还出现了一种新的齿轮架成形方式，如专利文献CN101594948A，在该文献中公开了一种带腿环状部件的制造方法，该方法包括了以下几个步骤：准备棒料，形成环状的粗加工材，冷锻造的准备处理，形成加工部件，切掉外连接部和内壁部周边，扩大腿部的内径和连接部位的毛边，再精加工处理。但该方法在制造过程中形成部件20c的步骤中由于毛刺的形成以及腿部26c有时稍微倒向内侧，因此需要一道专门用于扩大腿部的内径和连接部位的去毛边的工序，该工序还需要专门的扩径去毛边设备30，该设备操作繁琐，结构复杂，导致生产成本的大幅提高以及生产效率的降低，本领域针对这种冷锻成形齿轮架过程中形成的毛刺以及腿部内径的变化一直没有较好的处理方法。

发明内容：

本发明的目的是提供一种汽车用行星齿轮架及其冷锻成形工艺，可以增加材料的利用率以及减少带弧形凸台的圆环状构件的制造工序，又能降低生产企业的成本，提高生产效率。

本发明的技术方案是：一种成形工艺，采用冷锻及机加工相结合的工艺，即先进行坯料的制备，再利用退火炉将坯料加热至相应温度进行球化退火，接着用车床去除球化退火后的坯料的表面氧化皮并抛丸处理，然后抛丸后的坯料经磷皂化后达到表面温润，便于后序加工，将经过磷皂化处理过的坯料放入模腔中，利用液压设备将坯料挤成扁平状，接着再将镦粗产品放入具有一定形状的反挤模腔中利用液压设备带动成形冲头冷锻成形，然后再对冷锻成形后的初成形产品进行去应力退火，接着对底面及四周进行定位后利用钻床制备中心孔，再用车床加工中心孔、背面至规定尺寸，同时去除内连接的连皮，然后再利用钻床钻制五个均布小孔。

本发明通过大量的试验研究，分析了现有技术在行星齿轮架成形过程中毛刺产生以及腿部内径变化的原因，即如图8所示的结构，这种外裙边连接结构不仅材料的有效利用率低，而且在切除中间连接部分的过程中会产生大量的飞刺毛边，以及去除连接部后其相互作用力的改变会导致各薄壁凸台出现内缩现象，以致于产品必需经去除毛边及最终扩径整形。通过对现有技术工艺的改进，找到了克服上述缺陷的措施，采用了本发明的行星齿轮架成形工艺，使得在行星齿轮架成形的生产过程中省去了用于扩大腿部的内径和连接部位的去毛边的工序，从而不用购置成本昂贵的用于扩大腿部的内径和连接部位的去毛边的设备，达到了生产成本的大幅降低以及提高生产效率的目的。

其具体工艺流程如下：

下料——球化退火——制坯——抛丸——表面磷皂化处理——镦粗——反挤成形——去应力退火——钻中间大孔——机加工中心孔及背面——去除连皮——钻小孔。

附图说明

图1为本发明成品行星齿轮架。

图2为本发明下料坯料。

图3为本发明镦粗后的坯料形状。

图4-1为本发明镦粗后又经过反挤的坯料形状。

图4-2为本发明坯料反挤后进一步成形的具有连皮的结构。

图5为本发明坯料经过钻床加工完中心孔后的结构。

图6-1为本发明坯料用车床加工中心孔及其背面至规定尺寸后的结构。

图6-2为本发明坯料用车床去除连皮后的结构。

图7为本发明坯料用钻床钻制五个均布小孔后的结构。

图8为现有技术经过反挤成形后具有连皮的坯料结构。

图9-1为一种现有技术经过反挤成形后具有连皮的结构的连皮和弧形凸台之间连接示意图，其中右边的是其局部放大示意图。

图9-2为另一种现有技术经过反挤成形后具有连皮的结构的连皮和弧形凸台之间连接示意图，其中右边的是其局部放大示意图。

图10为本发明经过反挤成形后具有连皮的结构的连皮和弧形凸台之间连接示意图，其中右边是其局部放大示意图。

图11为本发明成品安装齿轮后的装配示意图。

具体实施方式如下：

下面结合具体实施例作进一步说明：

如图1所示一种可装配5只行星的成品齿轮架，该齿轮架包括一圆台面1，上布一个中心孔2，5个均匀分布的小孔3，5瓣均匀分布在圆台面四周的弧形凸台4，即腿部，上述弧形凸台4垂直于圆台面1，与圆台面1一体构成，弧形凸台4具有同心的内缘面4-1和外缘面4-2，外缘面4-2的直径等于圆台面1的直径。

具体成形工艺如下：

第一步骤，进行坯料的制备，如图2；

第二步骤，再利用退火炉将坯料加热至相应温度进行球化退火，球化退火的温度控制为：760℃/3H，然后炉冷至680℃，再等温3.5H，之后炉冷至450℃出炉空冷，H表示小时；

第三步骤，接着用车床去除球化退火后坯料的表面氧化皮；

第四步骤，去除氧化皮的坯料进行抛丸处理，以增大表面积；

第五步骤，然后抛丸后的坯料经磷皂化后达到表面温润，便于后序加工；表面磷皂化处理各槽溶液配比为：脱脂槽中烧碱浓度40-60g/L；酸洗槽中硫酸浓度10-20％；磷化槽中总酸度40-55点；皂化槽中皂化液浓度1.5-2.5点。

第六步骤，将经过磷皂化处理过的坯料放入模腔中，利用液压设备将坯料挤成扁平状，如图3；

第七步骤，接着再将镦粗产品放入具有一定形状的反挤模腔中利用液压设备带动成形冲头冷锻净成形，包括用大吨位压力机反挤压成连皮异形型腔，该连皮5与弧形凸台4的连接采用内连接方式，即连皮5的最大外径小于弧形凸台4的最小内径，连皮5的存在使5瓣均布弧形凸台4冷锻成为可能，连皮与弧形凸台之间的连接部带有防车加工毛刺圆角，其中连皮5的内缘面5-1与弧形凸台4的内缘面4-1连接部采用两段圆弧构成，连接部靠近弧形凸台4的内缘面4-1的圆弧半径选择为1.5-2.5mm，连接部靠近连皮5的内缘面5-1的圆弧半径选择为3-5mm，而连皮5的外缘面5-2与弧形凸台4的外缘面4-2连接部采用三段圆弧构成，连接部靠近弧形凸台4的外缘面4-2的圆弧半径选择为2mm，连接部靠近连皮5的内缘面5-1圆弧半径为0.3-0.5mm，中间段圆弧半径为0.6-1mm，连皮5的厚度h1小于弧形凸台4的厚度h2，且h1＝(0.4-0.6)h2，连接部最小厚度h3＝(0.7-0.8)h1，如图10；

外连接部产品需要扩径的原因：外部连接时由于应力作用会对弧形凸台有向外作用的牵制力，一旦这个应力不存在时，弧形凸台就会有内缩的趋势，而这种内缩是不允许的，如图11所示，内缩会导致弧形凸台和齿轮的碰撞，而本发明内连接部产品不需扩径的理由：由于新结构是去除内部连接，它本身对弧形凸台有向内作用的牵制力，如果这个力不存在时，弧形凸台也只会有向外扩张的趋势。新结构的中间连接部是通过凹模将其挤压而成的，挤压过程中就是将连接部分向内成形的过程，即受到一个向内的挤压力，由于各部分的连接作用，弧形凸台也不可避免的受到这个力的作用，但首先，去除连接部导致各凸台薄壁出现略向外扩张的现象对于齿轮的运转的影响要小于凸台薄壁出现向内缩的现象，其次，通过上述控制第二步骤中的球化退火温度和时间有助于第六步骤中反挤压成形，而通过上述第七步骤中的去应力退火温度、时间以及加热区域的控制并且结合上述防车加工毛刺圆角结构使得在第十一步骤的去除连皮5的行星齿轮架去除连皮时连皮5和弧形凸台4的牵制力要小于前述采用外部连接产生的牵制力，再加上弧形凸台4的圆弧结构，在实际生产中我们发现弧形凸台向外的扩张几乎没有，完全不会影响产品的使用。

第八步骤，然后再对冷锻净成形后的初成形产品进行去应力退火，去应力退火的温度控制为：在退火炉内依次设置三个加热区，需要退火的所述初成形产品依次通过第一加热区、第二加热区以及第三加热区，第一加热区加热温度640-660℃；第二加热区加热温度620-640℃；第三加热区加热温度600-620℃，总时间控制为2-3小时；

采用网带炉三区退火目的：为了去除挤压变形中的残余应力，实现逐渐缓慢冷却的工艺方式。

第一区：此温度主要用于需退火零件的升温过程，常温进炉的零件加热至规定温度在此区域内实现。

第二区：此温度是个保温退火的关键温度，在这个温度区域内组织内部的挤压应力得以释放。

第三区：此温度是个逐渐缓慢冷却的过程，为了防止出现新的应力采用缓慢冷却方式。

第九步骤，接着对底面及四周进行定位后利用钻床制备中心孔2，如图5；

第十步骤，对内平面及内周进行定位后再用车床车削加工中心孔2及其背面至规定尺寸，如图6-1；如图6-2；

第十一步骤，然后再利用钻床钻制五个均布小孔3，如图7，最终得到成品行星齿轮架，如图一；

通过上述控制第二步骤中的球化退火温度和时间有助于第七步骤中反挤压成形，而通过上述第八步骤中的去应力退火温度、时间以及加热区域的控制并且结合上述防车加工毛刺圆角结构使得在第十步骤的去除连皮5的行星齿轮架去除连皮时不需要再经过专门的扩大弧形凸台4的内径和连接部位的去毛边的工序。

以上实施例仅用于说明工艺过程，并不局限于此种产品，该工艺过程适用于所有类似产品。

Claims (4)

1.一种汽车用行星齿轮架的冷锻成形工艺，采用冷锻及机加工相结合的工艺，由以下步骤组成：

第一步骤，进行坯料的制备；

第二步骤，再利用退火炉将坯料加热至相应温度进行球化退火；

第三步骤，接着用车床去除球化退火后的坯料的表面氧化皮；

第四步骤，去除氧化皮的坯料进行抛丸处理，以增大表面积；

第五步骤，然后去除表面氧化皮的坯料经磷皂化后达到表面温润，便于后序加工；

第六步骤，将经过磷皂化处理过的坯料放入模腔中，利用液压设备将坯料挤成扁平状；

第七步骤，接着再将镦粗产品放入具有一定形状的反挤模腔中利用液压设备带动成形冲头冷锻净成形；

第八步骤，然后再对冷锻净成形后的初成形产品进行去应力退火；

第九步骤，接着对底面及四周进行定位后利用钻床制备中心孔(2)；

第十步骤，再用车床精加工中心孔(2)及其背面至规定尺寸，同时去除连皮(5)；

第十一步骤，然后再利用钻床钻制五个均布小孔(3)得到成品行星齿轮架；

其中，第二步骤中球化退火的温度控制为：760℃/3H，然后炉冷至680℃，再等温3.5H，之后炉冷至450℃出炉空冷，H表示小时；

第七步骤中的反挤成形步骤包括用大吨位压力机反挤压成连皮异形型腔，连皮(5)的存在使5瓣均布弧形凸台(4)冷锻成为可能，连皮带有防车加工毛刺圆角，其中连皮(5)的内缘面(5-1)与弧形凸台(4)的内缘面(4-1)连接部采用两段圆弧构成，连接部靠近弧形凸台(4)的内缘面(4-1)的圆弧半径选择为1.5-2.5mm，连接部靠近连皮(5)的内缘面(5-1)的圆弧半径选择为3-5mm，而连皮(5)的外缘面(5-2)与弧形凸台(4)的外缘面(4-2)连接部采用三段圆弧构成，连接部靠近弧形凸台(4)的外缘面(4-2)的圆弧半径选择为2㎜，连接部靠近连皮(5)的内缘面(5-1)圆弧半径为0.3-0.5mm，中间段圆弧半径为0.6-1mm，连皮(5)的厚度h1小于弧形凸台(4)的厚度h2，且h1＝(0.4-0.6)h2，连接部最小厚度h3＝(0.7-0.8)h1；

第八步骤中的去应力退火的温度控制为：在退火炉内依次设置三个加热区，需要退火的所述初成形产品依次通过第一加热区、第二加热区以及第三加热区，第一加热区加热温度640-660℃；第二加热区加热温度620-640℃；第三加热区加热温度600-620℃，总时间控制为2-3小时；

通过控制上述第二步骤中的球化退火温度和时间有助于第七步骤中反挤压成形，而通过上述第八步骤中的去应力退火温度、时间以及加热区域的控制，再加上连皮和弧形凸台的内连接方式并且结合上述防车加工毛刺圆角结构使得在第十步骤的去除连皮(5)的行星齿轮架去除连皮时不需要再经过专门的扩大弧形凸台(4)的内径和连接部位的去毛边的工序。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征是：表面磷皂化处理各槽溶液配比为：脱脂槽中烧碱浓度40-60g/L；酸洗槽中硫酸浓度10-20％；磷化槽中总酸度40-55点；皂化槽中皂化液浓度1.5-2.5点。

3.根据权利要求1所述的工艺，其特征是：连接部靠近弧形凸台(4)的内缘面(4-1)的圆弧半径选择为2mm，连接部靠近连皮(5)的内缘面(5-1)的圆弧半径选择为4mm，而连皮(5)的外缘面(5-2)与弧形凸台(4)的外缘面(4-2)连接部也采用三段圆弧构成，连接部靠近弧形凸台(4)的外缘面(4-2)的圆弧半径为2㎜，连接部靠近连皮(5)的内缘面(5-1)半径为0.4mm，中间圆弧半径为0.8mm。

4.根据权利要求1所述的工艺制造的汽车用行星齿轮架，其特征是：该行星齿轮架包括：一圆台面(1)，上布一个中心孔(2)，5个均匀分布的小孔(3)，5瓣均匀分布在圆台面四周的弧形凸台(4)，上述弧形凸台(4)垂直于圆台面(1)，与圆台面(1)一体构成，弧形凸台(4)具有同心的内缘面(4-1)和外缘面(4-2)，外缘面(4-2)的直径等于圆台面(1)的直径。