CN106734299B - 传动轴挤压制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种传动轴挤压制备方法，其特征在于包括如下步骤：①下料，选用7075铝合金挤压棒材，下料规格根据实际要求进行等体积下料；②坯料机加工，进行车削外圆并车平两端面，棒料长度中心位置钻限位通孔，限位通孔中心过圆棒的几何中心；③加热，对坯料加热，加热到设定温度后保温；同时对挤压模具配装在挤压机盛锭筒加热，加热到设定温度后保温；④双向双动加载复合挤压成形。与现有技术相比，本发明的优点在于：实现了传动轴坯料精密挤压成形，减少了切削余量，提高了材料利用率，缩短加工周期，降低了制造成本。同时能够避免金属挤压流线受机械加工破坏，改善了服役性能。

Description

传动轴挤压制备方法
技术领域
本发明涉及一种传动轴的加工制作方法，属于金属机械加工技术领域。
背景技术
传动轴是实现不同空间轴线载荷传递的轴类承力构件，被广泛应用于工业、交通运输等领域。传动轴在实际服役工况下承受交变载荷作用，尤其承载高速转动的离心载荷作用，因此该类构件要求具有较高的力学性能。
图1和图2所示为常见的一种传动轴10，该传动轴10轴向两侧形成侧孔10c，中部形成有一径向通孔10b，传动轴10外侧径向通孔外端形成有凸缘10a，凸缘10a可以与连接器连接。传动轴的传统制造方法是采用大余量合金钢锻造坯料机械加工成形，加工周期长，材料利用率和成形效率低，机械加工破坏锻造金属流线影响该类构件的服役性能和服役寿命，同时合金钢制造的传动轴质量大，服役过程中对驱动和制动系统的功率输出要求较高。因此传动轴的高效低成本生产制造、具有较好的力学性能以及服役过程中驱动和制动系统的低功率输出需求，一直是该技术领域亟待解决的问题。
经过对现有技术的检索发现，《热加工工艺》期刊2009年第38卷17期，79-80页，公开发表的“异形轴多向加载温挤压成形工艺及模具设计”文章，报道了两套模具垂直和水平加载成形异形轴成形工艺实现了该异形轴的多向加载成形，保证了材料利用率和成形构件的性能。但是，该工艺的垂直加载和水平加载轴现不在同一平面上，模具在承受侧向载荷作用下易发生侧向移动和转动，为保证成形构件精度尺寸，要保证直接用于构件成形的有效载荷外，还需要侧向辅助加载系统和垂直预加载系统固定模具，因此需要具有负载加载系统的专用设备才能保证该工艺技术的实施，成形技术的通用性不足，成形能耗的有效利用率较低。同时该工艺的水平要求具有二次加载，模具结构的刚强度要求较高，成形效率较低。
《汽车工艺与材》料期刊2013年第6期6-9页公开发表的文章“一种汽车方孔传动轴的冷挤压成形技术”文章报道了带方孔传动轴单向冷挤压钢制传动轴的成形工艺及模具结构。该技术针对简单的阶梯轴(或带圆、方孔)零件比较实用，但是材料利用率较低，且能耗大，设备吨位要求和模具材料及表面处理技术要求较高，对复杂结构的传动轴实用。
《军民两用技术与产品》2006年第4期19-19页公开发表的文章“净无余量粉末冶金成形传动轴毂”文章报道了美国芝加哥粉末冶金产品公司用粉末冶金方法制造出传动系统轴毂。所采用的粉末技术具有较高的材料利用率，可实现复杂结构件的精密成形，但是成本高，设备投入大。
专利号为ZL 201320103372.8的中国实用新型《具有水平叉部的传动轴节叉的热锻装置》(授权公告号为CN203265502U)，公开了一种开式热锻造成形技术应用于传动轴节叉上。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而另外提供一种水平双动双向复合挤压成形传动轴的制备方法。
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而另外提供一种材料利用率高且成品质量高的传动轴挤压制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种传动轴挤压制备方法，其特征在于包括如下步骤：
①下料，选用铝合金或镁合金挤压棒材，下料规格根据实际要求进行等体积下料；
②坯料机加工，进行车削外圆并车平两端面，棒料长度中心位置钻限位通孔，限位通孔中心过圆棒的几何中心；
③加热，对坯料加热，加热到设定温度后保温；同时对挤压模具配装在挤压机的盛锭筒加热，加热到设定温度后保温；
④双向双动加载复合挤压成形，经加热工序后的坯料配装在挤压模具中，该挤压模具包括挤压上模、挤压下模、定位针、推模杆、加载杆及加载环，前述的盛锭筒具有轴向的中空腔体，前述的挤压上模和挤压下模分上下设于该中空腔体内并彼此间具有供坯料棒材放置的模腔，前述的定位针垂直于盛锭筒的长度方向贯穿设置于挤压上模和挤压下模上，前述的推模杆与挤压下模连接并能驱动挤压下模平移，前述的盛锭筒上设有加热器，前述的加载杆为一对，分两个相对方向设于前述的模腔内，前述的加载环为一对，分两个相对方向设于前述的模腔内，并且，每个加载环位于对应的加载杆外周，前述的定位针、加载杆和加载环均具有加载机构；
定位针进入坯料至限位；加载环和加载杆同步对向进给挤压，双向同步位移差0.2～0.5mm，接触坯料后水平进给量单边5±0.5mm；随后加载环主动卸载并回程至限位，水平加载杆对向进给挤压至限位后，加载杆卸载，双向同步位移差0.2～0.5mm；挤压终了，定位针与挤压件分离并退至初始位置，水平加载杆与挤压件分离并退回至初始限位；开启挤压机退料机构拉动推模杆带动挤压下模水平退出盛锭筒后，取出挤压件，该挤压件即为传动轴。
步骤①中所述挤压棒材可以是7475铝合金、7075铝合金、7A09铝合金、7A04铝合金、AZ80镁合金或ZK60镁合金。
作为优选，步骤①中所述挤压棒材为7075铝合金挤压棒材，直径大小为 步骤②中所述坯料加工后棒料直径长235mm±1mm；所述限位通孔直径范围步骤③中对坯料加热，加热温度范围370～390℃，保温 2～3小时；同时对挤压模具配装在挤压机盛锭筒加热，加热温度350～370℃，保温5-6 小时。
作为优选，步骤④中所述加载环和加载杆进给速度为1～5mm/s，所述加载环的回程速度为3～8mm/s，加载环卸载后所述加载杆的进给速度为1～5mm/s。
进一步，所述挤压上模内侧顶面成型有凹槽，对应地，所述挤压下模垂直长度方向开设有贯穿通孔，所述的定位针能贯穿设置于前述的通孔内并伸入到挤压上模的凹槽内，所述通孔开在挤压下模的内孔形成一扩口，所述定位针自前向后依次包括伸长段、锥台段及导向段，并且，前述伸长段、锥台段及导向段径向长度依次增加，前述的锥台段与挤压下模的扩口配合能形成传动轴的凸缘部。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)侧向定位针实现金属坯料的定位与体积预先分配，改善了挤压成形过程中金属流动变形的均匀性，保证成形构件性能的一致性。
(2)水平双动双向复合挤压成形方法，实现了挤压工序集成，简化成形工序，提供了成形效率。
(3)实现了传动轴坯料精密挤压成形，减少了切削余量，提高了材料利用率，缩短加工周期，降低了制造成本。同时能够避免金属挤压流线受机械加工破坏，改善了服役性能。
附图说明
图1为现有技术中的传动轴结构示意图。
图2为图1中沿A-A方向剖视图。
图3为实施例结构示意图。
图4为图3中上模结构示意图。
图5为图4中沿B-B方向剖视图。
图6为图3中定位针的放大示意图。
图7为坯料结构示意图。
图8为机加工后的坯料示意图。
图9为挤压初始状态的坯料结构示意图。
图10为挤压后挤压件的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1，(1)下料、机加
如图7所示，采用7075铝合金挤压棒材，采用带锯切成长度239mm的圆棒，车平圆锭两端面至236mm。如图8所示，将坯料加工通孔，通孔直径22.5mm。
(2)加热
经机加铝合金坯料加热温度370℃±5℃，到温后保温2小时；模具配装的盛锭筒，加热至350℃±5℃，到温后保温5小时。
(3)双向双动复合挤压成形，经加热工序后的坯料配装在挤压模具中，挤压模具包括盛锭筒5、挤压上模1、挤压下模8、定位针3、推模杆9、加载杆4及加载环2，盛锭筒5具有轴向的中空腔体，挤压上模1和挤压下模8分上下设于该中空腔体内并彼此间具有供坯料棒材放置的模腔，定位针3垂直于盛锭筒5的长度方向贯穿设置于挤压上模1和挤压下模8上，推模杆9与挤压下模8连接并能驱动挤压下模8平移，盛锭筒5上设有加热器51，加载杆4为一对，分两个相对方向设于模腔内，加载环2为一对，分两个相对方向设于模腔内，并且，每个加载环2位于对应的加载杆4外周，定位针3、加载杆4和加载环2均具有加载机构。
挤压上模1内侧顶面成型有凹槽11，对应地，挤压下模8垂直长度方向开设有贯穿通孔，定位针3能贯穿设置于通孔内并伸入到挤压上模1的凹槽11内，通孔开在挤压下模8的内孔形成一扩口，定位针3自前向后依次包括伸长段31、锥台段32及导向段33，并且，伸长段31、锥台段32及导向段33径向长度依次增加，锥台段32与挤压下模8的扩口配合能形成传动轴的凸缘部10a。
加热工序后的坯料配装在挤压模具中，定位针3进入坯料至限位；水平加载模具(加载环2和加载杆4)同步对向进给挤压，双向进给速度1mm/s，双向同步位移差协同控制设定0.2mm，接触坯料后水平进给量单边4.5mm(见附图4)；随后加载环2主动卸载并回程至限位，回程速度3mm/s；水平加载杆4对向进给挤压至限位后，加载杆4卸载，双向进给速度1mm/s，双向同步位移差协同控制设定0.2mm；挤压终了，定位针3 与挤压件分离并退至初始位置，水平加载杆与挤压件分离并退回至初始限位。开启压机退料机构拉动推模杆9带动挤压下模8水平退出盛锭筒后，取出挤压件。
实施例2，(1)下料、机加
7075铝合金挤压棒材，采用带锯切成长度236mm的圆棒，车平圆锭两端面至234mm。加工通孔，通孔直径23mm。
(2)加热
经机加铝合金坯料加热温度380℃±5℃，到温后保温2.5小时；模具配装盛锭筒内，加热至360℃±5℃，到温后保温6小时。
(3)双向双动复合挤压成形，挤压模具参考实施例1。
加热工序后的坯料配装在模具中，定位针进入坯料至限位；水平加载模具(加载环和加载杆)同步对向进给挤压，双向进给速度3mm/s，双向同步位移差协同控制设定 0.3mm，接触坯料后水平进给量单边5mm(见附图4)；随后加载环主动卸载并回程至限位，回程速度5mm/s；水平加载杆对向进给挤压至限位后，加载杆卸载，双向进给速度3mm/s，双向同步位移差协同控制设定0.3mm；挤压终了，定位针与挤压件分离并退至初始位置，水平加载杆与挤压件分离并退回至初始限位。开启压机退料机构拉动推模杆带动挤压下模水平退出盛锭筒后，取出挤压件。
实施例3，
(1)下料、机加
7075铝合金挤压棒材，采用带锯切成长度238mm的圆棒，车平圆锭两端面至235mm。加工通孔，通孔直径23.5mm。
(2)加热
经机加铝合金坯料加热温度390℃±5℃，到温后保温2.5小时；模具配装盛锭筒内，加热至370℃±5℃，到温后保温8小时。
(3)双向双动复合挤压成形，挤压模具参考实施例1。
加热工序后的坯料配装在模具中，定位针进入坯料至限位；水平加载模具(加载环和加载杆)同步对向进给挤压，双向进给速度5mm/s，双向同步位移差协同控制设定 0.5mm，接触坯料后水平进给量单边5.5mm(见附图4)；随后加载环主动卸载并回程至限位，回程速度8mm/s；水平加载杆对向进给挤压至限位后，加载杆卸载，双向进给速度5mm/s，双向同步位移差协同控制设定0.5mm；挤压终了，定位针与挤压件分离并退至初始位置，水平加载杆与挤压件分离并退回至初始限位。开启压机退料机构拉动推模杆带动挤压下模水平退出盛锭筒后，取出挤压件。

Claims (5)

1.一种传动轴挤压制备方法，其特征在于包括如下步骤：
①下料，选用铝合金或镁合金挤压棒材，下料规格根据实际要求进行等体积下料；
②坯料机加工，进行车削外圆并车平两端面，棒料长度中心位置钻限位通孔，限位通孔中心过圆棒的几何中心；
③加热，对坯料加热，加热到设定温度后保温；同时对挤压模具配装在挤压机的盛锭筒加热，加热到设定温度后保温；
④双向双动加载复合挤压成形，经加热工序后的坯料配装在挤压模具中，该挤压模具包括挤压上模、挤压下模、定位针、推模杆、加载杆及加载环，前述的盛锭筒具有轴向的中空腔体，前述的挤压上模和挤压下模分上下设于该中空腔体内并彼此间具有供坯料棒材放置的模腔，前述的定位针垂直于盛锭筒的长度方向贯穿设置于挤压上模和挤压下模上，前述的推模杆与挤压下模连接并能驱动挤压下模平移，前述的盛锭筒上设有加热器，前述的加载杆为一对，分两个相对方向设于前述的模腔内，前述的加载环为一对，分两个相对方向设于前述的模腔内，并且，每个加载环位于对应的加载杆外周，前述的定位针、加载杆和加载环均具有加载机构；
定位针进入坯料至限位；加载环和加载杆同步对向进给挤压，双向同步位移差0.2～0.5mm，接触坯料后水平进给量单边5±0.5mm；随后加载环主动卸载并回程至限位，水平加载杆对向进给挤压至限位后，加载杆卸载，双向同步位移差0.2～0.5mm；挤压终了，定位针与挤压件分离并退至初始位置，水平加载杆与挤压件分离并退回至初始限位；开启挤压机退料机构拉动推模杆带动挤压下模水平退出盛锭筒后，取出挤压件，该挤压件即为传动轴。
2.根据权利要求1所述的传动轴挤压制备方法，其特征在于步骤①中所述挤压棒材为7475铝合金、7075铝合金、7A09铝合金、7A04铝合金、AZ80镁合金或ZK60镁合金。
3.根据权利要求2所述的传动轴挤压制备方法，其特征在于步骤①中所述挤压棒材为7075铝合金挤压棒材，直径大小为步骤②中所述坯料加工后棒料直径长235mm±1mm；所述限位通孔直径范围步骤③中对坯料加热，加热温度范围370～390℃，保温2～3小时；同时对挤压模具配装在挤压机的盛锭筒加热，加热温度350～370℃，保温5-6小时。
4.根据权利要求1所述的传动轴挤压制备方法，其特征在于步骤④中所述加载环和加载杆进给速度为1～5mm/s，所述加载环的回程速度为3～8mm/s，加载环卸载后所述加载杆的进给速度为1～5mm/s。
5.根据权利要求1所述的传动轴挤压制备方法，其特征在于所述挤压上模内侧顶面成型有凹槽，对应地，所述挤压下模垂直长度方向开设有贯穿通孔，所述的定位针能贯穿设置于前述的通孔内并伸入到挤压上模的凹槽内，所述通孔开在挤压下模的内孔形成一扩口，所述定位针自前向后依次包括伸长段、锥台段及导向段，并且，前述伸长段、锥台段及导向段径向长度依次增加，前述的锥台段与挤压下模的扩口配合能形成传动轴的凸缘部。
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