CN105290299A - 一种长轴型半轴齿轮的锻造加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械制造业的精密锻造技术领域，目的是提供一种长轴型半轴齿轮的锻造加工工艺，该工艺有效提高材料利用率，增加经济效益，提高锻造加工质量。一种长轴型半轴齿轮的锻造加工工艺，包括以下步骤：(1)预热；(2)加热；(3)预锻：采用的模具为组合模具；所述组合下模包括凹模，凹模型腔的拔模斜度为2～3度；所述组合上模包括齿形模；所述凹模上设置一个或多个定位凹部；(4)去除氧化皮；(5)终锻：与预锻工序使用同一模具。所用模具的凹模型腔拔模斜度为2～3度，减少用料，提高材料利用率，增加经济效益。在凹模上设置定位凹部，能很好的保证二次定位，这样预锻和终锻工序能使用同一模具，提高锻造的工件精度。

Description

一种长轴型半轴齿轮的锻造加工工艺

技术领域

本发明涉及机械制造业的精密锻造技术领域，具体涉及一种长轴型半轴齿轮的锻造加工工艺。

背景技术

汽车差速器是一个差速传动机构，用来保证各驱动轮在各种运动条件下的动力传递，避免轮胎与地面间打滑。半轴齿轮的外形是由锥齿轮和台阶式圆柱体组成，作为汽车差速器的重要零件，需求量大且精度要求高。

汽车差速器半轴齿轮的精密锻造，常采用的锻造工序依次为坏料加热、预锻、切边、去除氧化皮、终锻的锻造工艺。该锻造工艺利用模具得到齿形和长轴已经成型的半成品，锻造后再经钻孔、端面和轴颈硬车加工等工序得到最终产品。

锻造时为使精锻时锻件能定位，采用齿形模在下而凹模放置在上的模具。首先，由于长半轴的凹模型腔很深，内部容易积压空气，影响长轴部分小端的成形，工件质量得不到保证；其次，为了顺利脱模，势必要增加凹模的拔模斜度，一般是8～10度，增加用料和后续机加工难度；再有，锻件很容易粘在凹模内，当将其敲击下来时，很容易撞击到齿形模或地面上形成不可逆碰伤，产生残次品，影响锻造速度和质量；最后，预锻和终锻工序使用不同的模具，影响锻造的工件精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种长轴型半轴齿轮的锻造加工工艺，该工艺有效提高材料利用率，增加经济效益，提高锻造加工质量。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种长轴型半轴齿轮的锻造加工工艺，包括以下步骤：

(1)预热：预热模具型腔，预热温度为300～350℃；

(2)加热：坏料加热，加热温度为950～1000℃，加热节拍为24～28秒一件；

(3)预锻：采用的模具为组合模具，包括组合上模和组合下模；所述组合下模包括凹模和顶料组件；所述凹模型腔的拔模斜度为2～3度；所述组合上模包括齿形模；所述组合上模和组合下模对应位置上设置导向组件；所述凹模上设置一个或多个定位凹部；

(4)去除氧化皮；

(5)终锻：与预锻工序使用同一模具，利用凹模上的定位凹部，将预锻件放入模具中进行锻造。

优选的：所述定位凹部为定位槽，所述定位槽上宽下窄。

优选的：所述定位槽位于凹模外侧的槽宽大于内侧槽宽。

优选的：所述定位凹部包括第一定位凹部和第二定位凹部；所述第一定位凹部和第二定位凹部均设置在凹模与工件接触的边缘上，所述第一定位凹部和第二定位凹部相隔1/5～1/3弧长。

优选的：所述预锻的坏料长径比小于2，预锻成型80％。

优选的：所述去除氧化皮的具体操作为：取出预锻件，采用带不锈钢钢丝刷的打磨机对预锻件表面氧化皮进行清除；同时，空气枪将模具型腔内氧化皮吹走。

优选的：所述导向组件包括设置在所述组合上模上的导柱，以及设置在组合下模上的导柱孔。

优选的：所述组合下模包括与凹模相匹配的凹模应力圈；所述组合上模包括与齿形模相匹配的齿形模应力圈；所述导向组件设置在凹模应力圈和齿形模应力圈上。

优选的：所述顶料组件包括在所述凹模型腔下部设置的镶块，以及镶块内设置的顶杆。

优选的：所述终锻完成后，将工件埋沙处理。

本发明具有以下有益效果：锻造工艺省去切边工序，提高锻造效率，降低生产成本。所用模具的凹模型腔拔模斜度为2～3度，减少用料，提高材料利用率，增加经济效益。并且凹模在下，能减少锻件齿面碰伤，提高锻造加工质量，有利于后续机加工。在凹模上设置定位凹部，能很好的保证二次定位，这样预锻和终锻工序能使用同一模具，进一步提高锻造的工件精度。

附图说明

图1为模具的结构示意图；

图2为图1的A-A视图；

图3为图2的B-B截面图；

图4为本发明优选的实施方式的组合下模的俯视图；

图5为本发明另一种优选的实施方式的组合下模的俯视图。

具体实施方式

实施例一

模具的设计及制作安装

如图1、2所示，一种长轴型半轴齿轮的锻造加工模具,该模具为组合模具，包括组合上模和组合下模；所述组合下模包括凹模6和顶料组件；所述组合上模包括齿形模1。利用顶料组件顶出工件9，因此所述凹模6型腔的拔模斜度8为2～3度，顶出小段距离，即可取出工件9。有效减少用料，提高材料利用率，增加经济效益。并且凹模6在下，能减少工件9齿面碰伤，提高锻造加工质量，有利于后续机加工。所述组合上模和组合下模对应位置上设置导向组件。保证了上、下模具准确定位，保证模具精密度。

预锻和终锻工序中使用不同模具时，模具之间的差别以及工件9放入模具位置的偏差，都会影响工件9精度。因此所述凹模6上设置一个或多个定位凹部。由于凹膜6上设置定位凹部，预锻后工件9形成与定位凹部形状一致的凸起。将经过预锻工序的预锻件齿面向上，定位凸起与定位凹部对齐放入凹模6，能很好的保证二次定位，预锻和终锻使用同一模具。这样保证终锻位置与预锻位置一致，提高锻造的工件9精度。

如图2所示，所述定位凹部为定位槽11，预锻后预锻件上形成与定位槽11形状一致的凸台。所述定位槽11可以是上下尺寸一致，即横截面为矩形。优选的，所述定位槽11上宽下窄，即横截面可以为如图3中所示的倒置的等腰梯形，更便于终锻时定位凸台与定位槽11并放置。优选的，如图4所示，所述定位槽11位于凹模6外侧的槽宽大于内侧槽宽；也就是所述定位槽11工件9内端处较窄，工件9外端处较宽，即为图中左边较窄右边较宽的形状；避免凸台放入定位槽11时的偏差，提高定位的准确度。当然，定位槽11的横截面并不局限于矩形和梯形，也可以是圆形、半圆形或者椭圆形等。

更好的是，可以设置多个定位凹部，保证定位的准确度。如图5所示，所述定位凹部包括第一定位凹部11′和第二定位凹部11"。所述第一定位凹部11′和第二定位凹部11"可以是矩形、梯形等，优选的是为图中所示的半圆形。所述第一定位凹部11′和第二定位凹部11"均设置在凹模6与工件9接触的边缘上。预锻后，预锻件的边缘处形成两个半圆形的凸起，利用这两个凸起实现定位。所述第一定位凹部11′和第二定位凹部11"相隔1/5～1/3弧长，即所述第一定位凹部11′和第二定位凹部11"可以挨的较近，也可以相隔较远。优选的，所述第一定位凹部11′和第二定位凹部11"之间相隔1/4弧长。即预锻件上形成的两个凸起与中心连线形成九十度的夹角。这样设置两个定位凹部，终锻时定位更为准确。

所述导向组件可以是锁扣导向，加工时将锁扣设置在组合上模和组合下模的接触面上。并且通常将锁扣的凸起部分设置在组合下模，并在组合上模相应位置上设置锁扣的下凹部分。通过锁扣进行定位并锁紧，组合上模和组合下模之间紧密度高，且加工较为方便。也可以如图1、2所示的导柱3导向。所述导向组件包括设置在所述组合上模上的导柱3，以及设置在组合下模上的导柱孔10。采用导柱3导向，导向行程长，导向准确度高。且在组合上模与坏料以及组合下模接触之前已完成导向，避免接触后进行模具位置调整，减少模具的磨损。

更好的是，所述组合下模包括与凹模6相匹配的凹模应力圈7；所述组合上模包括与齿形模1相匹配的齿形模应力圈2。通过在凹模6和齿形模1外设置凹模应力圈7和齿形模应力圈2，增强组合下模和组合上模在锻造时的承载能力，提高模具强度。并且很好的保护凹模6和齿形模1，应力圈会先行出现损坏，对其进行更换即可，降低成本。

导向组件可以直接设置在凹模6和齿形模1上，定位准确度较高。优选的是，所述导向组件设置在凹模应力圈7和齿形模应力圈2上，加工方便且不影响凹模6和齿形模1，延长模具使用寿命。所述顶料组件包括在所述凹模6型腔下部设置的镶块5，以及镶块5内设置的顶杆4。顶杆4带动镶块5移动，顶出工件9。更好的是，镶块5由硬度较小的材料制成，减小顶料过程对工件9的损伤，保证锻造的工件9质量。

该模具可以按照以下步骤进行制作安装：

1、齿形模1和齿形模应力圈2通过1.5度小角度的配磨、压配，且压配时的轴向过盈量在12-15mm，以提高模具寿命；齿形模1型腔和导柱孔10的精加工在压配后进行；导柱3材料选用GCr15，工作面要求磨削，导柱3装配时与齿形模应力圈2过盈配合。

2、凹模6和凹模应力圈7通过1.5度小角度的配磨、压配，压配时的轴向过盈量在12-15mm；凹模6型腔和导柱孔10及锻件定位凹部的精加工在压配后进行；凹模6型腔的拔模斜度8为2-3度；镶块5单独加工，与组合下模在装配时小间隙配合。

3、齿形模1和齿形模应力圈2压配好后，加工中心精铣齿形部分，导柱孔10在整体镶配后粗加工，再在加工中心精加工，确保滑动平稳，导向可靠。

4、模具在安装时，组合上模与组合下模均通过上、下压边板(图中未画)、内六角紧固螺钉与模架连接，在装入模架时严格控制导柱3的插入位置。

实施例二

长轴型半轴齿轮的锻造加工工艺，原料为20CrMnTiH圆钢，按以下步骤进行：

(1)预热：预热模具型腔，预热温度为300～320℃，时长约30分钟；

(2)加热：坏料加热，加热温度为950～970℃，加热节拍为28秒一件；采用中频感应炉进行加热，功率频率约为600KW/1KHZ；

(3)预锻：使用实施例一中所述模具；使用锻钳将加热好的坯料夹紧放入在模具的凹模6型腔内，踩踏打击板，齿形模1下压，工件9预成型80％左右，锻打次数一次，时长约8秒；

(4)去除氧化皮：取出预锻件，采用带不锈钢钢丝刷的打磨机对预锻件表面氧化皮进行清除；同时，空气枪将模具型腔内氧化皮吹走，时长约5秒；

(5)终锻：与预锻工序使用同一模具，利用凹模6上的定位凹部，将预锻件放入模具中进行锻造；锻打次数两次，时长约15秒；终锻完成后，将工件9埋沙处理。

锻造温度较现有工艺中的温度(1000～1100℃左右)低，能减少氧化皮的产生；使用实施例一中所述模具，齿形模1在上凹模6在下，拔模斜度8小，用料少提高材料利用率；且预锻、终锻使用同一模具，并且能很好的定位，工件9质量高。

采用本发明的工艺锻造半轴齿轮，材料利用率提高12％，且经后续机加工后成品合格率达到100％。

实施例三

长轴型半轴齿轮的锻造加工工艺，原料为20CrMnTiH圆钢，按以下步骤进行：

(1)预热：预热模具型腔，预热温度为330～350℃；

(2)加热：坏料加热，加热温度为980～1000℃，加热节拍为28秒一件；采用中频感应炉进行加热，功率频率约为600KW/1KHZ；

(3)预锻：使用实施例一中所述模具；使用锻钳将加热好的坯料夹紧放入在模具的凹模6型腔内，踩踏打击板，齿形模1下压，工件9预成型80％左右，锻打次数一次，时长约8秒；

(4)去除氧化皮：取出预锻件，采用带不锈钢钢丝刷的打磨机对预锻件表面氧化皮进行清除；同时，空气枪将模具型腔内氧化皮吹走，时长约5秒；

(5)终锻：与预锻工序使用同一模具，利用凹模6上的定位凹部，将预锻件放入模具中进行锻造；锻打次数两次，时长约15秒；终锻完成后，将工件9埋沙处理。

锻造温度较现有工艺中的温度(1000～1100℃左右)低，能减少氧化皮的产生；使用实施例一中所述模具，齿形模1在上凹模6在下，拔模斜度8小，用料少提高材料利用率；且预锻、终锻使用同一模具，并且能很好的定位，工件9质量高。

采用本发明的工艺锻造半轴齿轮，材料利用率提高12％，且经后续机加工后成品合格率达到100％。

Claims (10)

1.一种长轴型半轴齿轮的锻造加工工艺，其特征在于：包括以下步骤：

(1)预热：预热模具型腔，预热温度为300～350℃；

(2)加热：坯料加热，加热温度为950～1000℃，加热节拍为24～28秒一件；

(3)预锻：采用的模具为组合模具，包括组合上模和组合下模；所述组合下模包括凹模(6)和顶料组件；所述凹模(6)型腔的拔模斜度(8)为2～3度；所述组合上模包括齿形模(1)；所述组合上模和组合下模对应位置上设置导向组件；所述凹模(6)上设置一个或多个定位凹部；

(4)去除氧化皮；

(5)终锻：与预锻工序使用同一模具，利用凹模(6)上的定位凹部，将预锻件放入模具中重新进行定位和锻造。

2.根据权利要求1所述的长轴型半轴齿轮的锻造加工工艺，其特征在于：所述定位凹部为定位槽(11)，所述定位槽(11)上宽下窄。

3.根据权利要求2所述的长轴型半轴齿轮的锻造加工工艺，其特征在于：所述定位槽(11)位于凹模(6)外侧的槽宽大于内侧槽宽。

4.根据权利要求1所述的长轴型半轴齿轮的锻造加工工艺，其特征在于：所述定位凹部包括第一定位凹部(11′)和第二定位凹部(11")；所述第一定位凹部(11′)和第二定位凹部(11")均设置在凹模(6)与工件(9)接触的边缘上，所述第一定位凹部(11′)和第二定位凹部(11")相隔1/5～1/3弧长。

5.根据权利要求1所述的长轴型半轴齿轮的锻造加工工艺，其特征在于：所述预锻的坏料长径比小于2，预锻成型80％。

6.根据权利要求1所述的长轴型半轴齿轮的锻造加工工艺，其特征在于：所述去除氧化皮为，取出预锻件，采用带不锈钢钢丝刷的打磨机对预锻件表面氧化皮进行清除；同时，空气枪将模具型腔内氧化皮吹走。

7.根据权利要求1所述的长轴型半轴齿轮的锻造加工工艺，其特征在于：所述导向组件包括设置在所述组合上模上的导柱(3)，以及设置在组合下模上的导柱孔(10)。

8.根据权利要求1所述的长轴型半轴齿轮的锻造加工工艺，其特征在于：所述组合下模包括与凹模(6)相匹配的凹模应力圈(7)；所述组合上模包括与齿形模(1)相匹配的齿形模应力圈(2)；所述导向组件设置在凹模应力圈(7)和齿形模应力圈(2)上。

9.根据权利要求1所述的长轴型半轴齿轮的锻造加工工艺，其特征在于：所述顶料组件包括在所述凹模(6)型腔下部设置的镶块(5)，以及镶块(5)内设置的顶杆(4)。

10.根据权利要求1所述的长轴型半轴齿轮的锻造加工工艺，其特征在于：所述终锻完成后，将工件(9)埋沙处理。