CN108284304A - 万向节十字轴毛坯冷挤加工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种万向节十字轴毛坯冷挤加工工艺，包括以下步骤:1)将原材料剪切成料段，经无心磨磨削表面，将合格的料段，喷涂并烘干润滑剂；2）第一次退火热处理：将料段加热至850±5℃，保温10小时，冷却到340℃+10℃，冷至室温；3）将料段进行抛丸处理，再进行磷化、皂化处理；4）把料段放置在液压机上进行冷挤压，在模具内得到十字圆棒状坯件；5)使用低碳钢棒锤磨十字圆棒状坯件的圆弧形毛边，形成外凸的鼓包；6）使用砂纸打磨掉十字圆棒状坯件表面的外凸的鼓包。本发明避免了使用刀具切割带来锐利的棱边，也避免了未经化学处理的内部材质暴露在表面，有效地解决了现有的毛坯表面加工后存在肉眼可见的裂纹、结疤、折叠及锐边的缺陷。

Description

万向节十字轴毛坯冷挤加工工艺
技术领域
本发明涉及汽车配件加工工艺领域，具体涉及一种万向节十字轴毛坯冷挤加工工艺。
背景技术
十字轴又称为十字节，即万向接头，是实现变角度动力传递的机件，用于需 要改变传动轴线方向的位置，它是汽车驱动系统的万向传动装置的“关节”部 件。十字轴式刚性万向节为汽车上广泛使用的不等速万向节，允许相邻两轴的最 大交角为15゜～20゜。十字轴是十字轴式刚性万向节关键件之一。十字轴主要用于各种机械的多向传动连接，常与联轴器配套使用，如：十字轴式万向器等。由于其主要承受扭转等力矩，所以在轴颈上进行一定的热处理用以提高零件 强度。
现有的申请号为CN201710543980.3的《一种十字轴的加工工艺》专利文献，其万向节十字轴毛坯冷挤加工工艺包括锻造毛坯成型、正火，机加工，渗碳淬火热处理，精磨四轴等工序组，其模锻的毛坯，表面存在肉眼可见的裂纹、结疤、折叠及锐边。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种万向节十字轴毛坯冷挤加工工艺，解决了现有的万向节十字轴毛坯工工艺使得毛坯表面存在肉眼可见的裂纹、结疤、折叠及锐边的缺陷。
（二）技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供的一种万向节十字轴毛坯冷挤加工工艺，包括以下步骤:
1) 将原材料剪切成料段，经无心磨磨削表面，探伤检查裂纹；将合格的料段，喷涂润滑剂，烘干润滑剂；
2）第一次退火热处理：将料段加热至850±5℃，保温10小时，冷却到340℃±10℃，再出炉，冷至室温；
3）将料段进行抛丸处理，再进行磷化、皂化处理；
4）把料段放置在液压机上进行冷挤压，在模具内得到十字圆棒状坯件；
5) 使用具有圆形棒头的低碳钢棒锤磨十字圆棒状坯件的圆弧形毛边，使其弯卷倒向一侧，形成外凸的鼓包；
6）然后使用砂纸打磨掉十字圆棒状坯件表面的外凸的鼓包。本发明使用有圆形棒头的低碳钢棒锤磨十字圆棒状坯件的细小的圆弧形毛边，并用砂纸打磨掉十字圆棒状坯件表面的外凸的鼓包，使得十字圆棒状坯件表面更加平滑，避免了使用刀具切割带来锐利的棱边，也避免了未经化学处理的内部材质暴露在表面，有效地解决了现有的毛坯表面加工后存在肉眼可见的裂纹、结疤、折叠及锐边的缺陷；本发明采取冷挤压工艺，使得毛坯件轴颈外圆只留有0.25~0.35的磨削加工余量，单件毛坯重1.00kg，冷挤毛坯比模锻毛坯每件节余0.23kg钢材，钢材利用率提高 18％。只需铣两轴颈端面，保证尺寸108.3+0.1 0，铣两端面油槽1.5×60º×12，钻通油孔ø6，攻M6螺纹四道工序，无需车削外圆。
优选的，所述圆形棒头低碳钢棒的硬度大于原材料的硬度。
优选的，步骤6）中，在使用砂纸打磨后，再使用铜合金研磨十字圆棒状坯件表面。本发明在砂纸打磨后，利用合金研磨十字圆棒状坯件表面，使得铜合金的粉末渗透入研磨后产生细微的裂缝中，进一步提高了十字圆棒状坯件表面的光洁度，以及耐腐蚀性。
优选的，步骤6中），再使用铜合金研磨十字圆棒状坯件表面后，进行第二次退火热处理操作，所述的第二次退火热处理操作包括：将料段加热至820±5℃，保温5小时，冷却到320℃±10℃，再出炉，冷至室温。
优选的，步骤1）中润滑剂采用水基石墨润滑剂，所述水基石墨润滑剂的配方中包括：纳米石墨：0.2-0.3％（重量百分比，下同），磷酸三丁酯：0.1-0.2%，亚磷酸酯：0.1-0.15%；丙酮：2-5%；石墨粉：10-20％，二硫化钼：10-20％，氧化镁：10-15％、氧化铜：1-3%，余量为水。本发明中的水基石墨润滑剂采用通过加入丙，来调节溶剂的极性，使其极性降低，使得磷酸三丁酯和作为亚磷酸酯更容易溶解，有效提高了水基石墨润滑剂的抗氧化性能，减少水基石墨润滑剂在较高温度下（挤压过程中产生的400-600℃的高温）发生氧化程度，进一步提高了水基石墨润滑剂的工作效率，本发明的水基石墨润滑剂还加入了氧化铜，其在挤压过程中渗透入十字圆棒状坯件的表面，同样为铜材质，具有相同的分子物理性质，增加了后续的铜合金与十字圆棒状坯件之间粘性，使得铜合金更容易粘附在十字圆棒状坯件体表面；本发明中纳米石墨颗粒的加入，使得该润滑剂的润滑性能较传统的冷挤压润滑剂有进一步的提升，不仅耐高温，化学性质稳定，不易分解，无毒无臭，而且由于纳米石墨粒子的特殊性质，使得挤压成形过程中的 摩擦系数进一步降低，且成形零件的表面质量进一步提高，可以满足对尺寸精度和表面质量有更高要求的零件的生。
优选的，所述水基石墨润滑剂还包括重量百分比为1-3%的分散剂。
优选的，所述分散剂采用二辛基磺基琥珀酸钠和亚甲基双荼磺酸钠组成的复合分散剂。
优选的，所述水基石墨润滑剂还包括重量百分比为0.1-0.2％的增粘剂。
优选的，所述增粘剂采用烷基二乙醇酰胺。
（三）有益效果
本发明提供的一种万向节十字轴毛坯冷挤加工工艺，其具有以下优点：
1、本发明使用有圆形棒头的低碳钢棒锤磨十字圆棒状坯件的细小的圆弧形毛边，并用砂纸打磨掉十字圆棒状坯件表面的外凸的鼓包，使得十字圆棒状坯件表面更加平滑，避免了使用刀具切割带来锐利的棱边，也避免了未经化学处理的内部材质暴露在表面，有效地解决了现有的毛坯表面加工后存在肉眼可见的裂纹、结疤、折叠及锐边的缺陷；本发明采取冷挤压工艺，使得毛坯件轴颈外圆只留有0.25~0.35的磨削加工余量，单件毛坯重1.00kg，冷挤毛坯比模锻毛坯每件节余0.23kg钢材，钢材利用率提高 18％。只需铣两轴颈端面，保证尺寸108.3+0.1 0，铣两端面油槽1.5×60º×12，钻通油孔ø6，攻M6螺纹四道工序，无需车削外圆。
2、本发明在砂纸打磨后，利用合金研磨十字圆棒状坯件表面，使得铜合金的粉末渗透入研磨后产生细微的裂缝中，进一步提高了十字圆棒状坯件表面的光洁度，以及耐腐蚀性。
3、本发明中的水基石墨润滑剂采用通过加入丙，来调节溶剂的极性，使其极性降低，使得磷酸三丁酯和作为亚磷酸酯更容易溶解，有效提高了水基石墨润滑剂的抗氧化性能，减少水基石墨润滑剂在较高温度下（挤压过程中产生的400-600℃的高温）发生氧化程度，进一步提高了水基石墨润滑剂的工作效率，本发明的水基石墨润滑剂还加入了氧化铜，其在挤压过程中渗透入十字圆棒状坯件的表面，同样为铜材质，具有相同的分子物理性质，增加了后续的铜合金与十字圆棒状坯件之间粘性，使得铜合金更容易粘附在十字圆棒状坯件体表面；本发明中纳米石墨颗粒的加入，使得该润滑剂的润滑性能较传统的冷挤压润滑剂有进一步的提升，不仅耐高温，化学性质稳定，不易分解，无毒无臭，而且由于纳米石墨粒子的特殊性质，使得挤压成形过程中的 摩擦系数进一步降低，且成形零件的表面质量进一步提高，可以满足对尺寸精度和表面质量有更高要求的零件的生。
附图说明
图1是本发明的实施例1的万向节十字轴冷挤毛坯图；
图2是本发明的实施例1的圆形棒头的低碳钢棒的结构示意图；
1、圆形棒头；2、棒杆。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明提供的一种万向节十字轴毛坯冷挤加工工艺，包括以下步骤:
1) 将原材料剪切成料段，经无心磨磨削表面，探伤检查裂纹；将合格的料段，喷涂润滑剂，烘干润滑剂；
2）第一次退火热处理：将料段加热至850±5℃，保温10小时，冷却到340℃±10℃，再出炉，冷至室温；
3）将料段进行抛丸处理，再进行磷化、皂化处理；
4）把料段放置在液压机上进行冷挤压，在模具内得到十字圆棒状坯件；
5) 使用具有圆形棒头的低碳钢棒锤磨十字圆棒状坯件的圆弧形毛边，使其弯卷倒向一侧，形成外凸的鼓包；
6）然后使用砂纸打磨掉十字圆棒状坯件表面的外凸的鼓包，圆形棒头低碳钢棒的硬度大于原材料的硬度；在使用砂纸打磨后，再使用铜合金研磨十字圆棒状坯件表面。再使用铜合金研磨十字圆棒状坯件表面后，进行第二次退火热处理操作，所述的第二次退火热处理操作包括：将料段加热至820±5℃，保温5小时，冷却到320℃±10℃，再出炉，冷至室温。
其中，步骤1）中润滑剂采用水基石墨润滑剂，所述水基石墨润滑剂的配方中包括：纳米石墨：0.2-0.3％（重量百分比，下同），磷酸三丁酯：0.1-0.2%，亚磷酸酯：0.1-0.15%；丙酮：2-5%；石墨粉：10-20％，二硫化钼：10-20％，氧化镁：10-15％、氧化铜：1-3%，分散剂：1-3%；增粘剂：0.1-0.2％，余量为水。
其中，所述分散剂采用二辛基磺基琥珀酸钠和亚甲基双荼磺酸钠组成的复合分散剂。
其中，所述增粘剂采用烷基二乙醇酰胺。
实施例1：一种万向节十字轴毛坯冷挤加工工艺，包括以下步骤:
1) 将原材料剪切成料段，经无心磨磨削表面，探伤检查裂纹；将合格的料段，喷涂水基石墨润滑剂，烘干水基石墨润滑剂；
2）第一次退火热处理：将料段加热至845℃，保温10小时，冷却到330℃，再出炉，冷至室温；
3）将料段进行抛丸处理，再进行磷化、皂化处理；
4）把料段放置在液压机上进行冷挤压，在模具内得到十字圆棒状坯件；
5) 使用具有圆形棒头的低碳钢棒锤磨十字圆棒状坯件的圆弧形毛边，使其弯卷倒向一侧，形成外凸的鼓包；
6）然后使用砂纸打磨掉十字圆棒状坯件表面的外凸的鼓包，圆形棒头低碳钢棒的硬度大于原材料的硬度；在使用砂纸打磨后，再使用铜合金研磨十字圆棒状坯件表面。再使用铜合金研磨十字圆棒状坯件表面后，进行第二次退火热处理操作，所述的第二次退火热处理操作包括：将料段加热至815℃，保温5小时，冷却到310℃，再出炉，冷至室温。
本实施例中所述水基石墨润滑剂的配方中包括：纳米石墨：0.2％（重量百分比，下同），磷酸三丁酯：0.1%，亚磷酸酯：0.1%；丙酮：2%；石墨粉： 20％，二硫化钼：10％，氧化镁：10％、氧化铜：1%，二辛基磺基琥珀酸钠和亚甲基双荼磺酸钠组成的复合分散剂：1%，烷基二乙醇酰胺：0.1％，余量为水。
将上述比例配制的润滑剂涂覆在20号钢薄片中，利用HT-500高温摩擦磨损仪测试摩擦系数，采用的对磨副为GCr15的滚珠，摩擦时间为1.5h，将载荷设定为690g，本实施例得到水基石墨润滑剂的摩擦系数为0.070。
实施例2：一种万向节十字轴毛坯冷挤加工工艺，包括以下步骤:
1) 将原材料剪切成料段，经无心磨磨削表面，探伤检查裂纹；将合格的料段，喷涂水基石墨润滑剂，烘干水基石墨润滑剂；
2）第一次退火热处理：将料段加热至855℃，保温10小时，冷却到350℃，再出炉，冷至室温；
3）将料段进行抛丸处理，再进行磷化、皂化处理；
4）把料段放置在液压机上进行冷挤压，在模具内得到十字圆棒状坯件；
5) 使用具有圆形棒头的低碳钢棒锤磨十字圆棒状坯件的圆弧形毛边，使其弯卷倒向一侧，形成外凸的鼓包；
6）然后使用砂纸打磨掉十字圆棒状坯件表面的外凸的鼓包，圆形棒头低碳钢棒的硬度大于原材料的硬度；在使用砂纸打磨后，再使用铜合金研磨十字圆棒状坯件表面。再使用铜合金研磨十字圆棒状坯件表面后，进行第二次退火热处理操作，所述的第二次退火热处理操作包括：将料段加热至825℃，保温5小时，冷却到330℃，再出炉，冷至室温。
其中，所述水基石墨润滑剂的配方中包括：纳米石墨： 0.3％（重量百分比，下同），磷酸三丁酯： 0.2%，亚磷酸酯： 0.15%；丙酮： 5%；石墨粉：10％，二硫化钼： 20％，氧化镁：15％、氧化铜：3%，二辛基磺基琥珀酸钠和亚甲基双荼磺酸钠组成的复合分散剂： 3%；烷基二乙醇酰胺：0.2％，余量为水。
将上述比例配制的润滑剂涂覆在20号钢薄片中，利用HT-500高温摩擦磨损仪测试摩擦系数，采用的对磨副为GCr15的滚珠，摩擦时间为1.5h，将载荷设定为690g，本实施例得到水基石墨润滑剂的摩擦系数为0.072。
本发明采取冷挤压工艺，使得毛坯件轴颈外圆只留有0.25~0.35的磨削加工余量，单件毛坯重1.00kg，冷挤毛坯比模锻毛坯每件节余0.23kg钢材，钢材利用率提高 18％。只需铣两轴颈端面，保证尺寸108.3+0.1 0，铣两端面油槽1.5×60º×12，钻通油孔ø6，攻M6螺纹四道工序，无需车削外圆。十字轴冷挤的毛坯，由于它使材料冷挤流向成型，无高温的氧化物进入组织，纤维组织好，横截面无气泡、缩孔、夹杂物产生。将采用十字轴冷挤加工的万向节十字轴总成进行静扭转强度实验，十字轴额定静扭强度≥3300N.m,台架实验扭转疲劳寿命循环次数也不低于2x105，台架实验磨损寿命也不低于80h,完全符合万向节总成JB/T8925-2008技术要求。表面也无任何结疤、折叠、裂纹，且非常光洁。本发明中的水基石墨润滑剂的摩擦系数平均值为0.071，大大低于现有常规的石墨润滑剂的0.12的数值。
本发明的实施例安装时， 将原材料剪切成料段，经无心磨磨削表面，探伤检查裂纹；将合格的料段，喷涂水基石墨润滑剂，烘干水基石墨润滑剂；第一次退火热处理：将料段加热至855℃，保温10小时，冷却到350℃，再出炉，冷至室温；将料段进行抛丸处理，再进行磷化、皂化处理；把料段放置在液压机上进行冷挤压，在模具内得到十字圆棒状坯件；使用具有圆形棒头的低碳钢棒锤磨十字圆棒状坯件的圆弧形毛边，使其弯卷倒向一侧，形成外凸的鼓包；然后使用砂纸打磨掉十字圆棒状坯件表面的外凸的鼓包，圆形棒头低碳钢棒的硬度大于原材料的硬度；在使用砂纸打磨后，再使用铜合金研磨十字圆棒状坯件表面。再使用铜合金研磨十字圆棒状坯件表面后，进行第二次退火热处理操作，所述的第二次退火热处理操作包括：将料段加热至825℃，保温5小时，冷却到330℃，再出炉，冷至室温。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (9)

1.一种万向节十字轴毛坯冷挤加工工艺，其特征在于，包括以下步骤:
1) 将原材料剪切成料段，经无心磨磨削表面，探伤检查裂纹；将合格的料段，喷涂润滑剂，烘干润滑剂；
2）第一次退火热处理：将料段加热至850±5℃，保温10小时，冷却到340℃±10℃，再出炉，冷至室温；
3）将料段进行抛丸处理，再进行磷化、皂化处理；
4）把料段放置在液压机上进行冷挤压，在模具内得到十字圆棒状坯件；
5) 使用具有圆形棒头的低碳钢棒锤磨十字圆棒状坯件的圆弧形毛边，使其弯卷倒向一侧，形成外凸的鼓包；
6）然后使用砂纸打磨掉十字圆棒状坯件表面的外凸的鼓包。
2.如权利要求1所述的万向节十字轴毛坯冷挤加工工艺，其特征在于，所述圆形棒头低碳钢棒的硬度大于原材料的硬度。
3.如权利要求1所述的万向节十字轴毛坯冷挤加工工艺，其特征在于，步骤6）中，在使用砂纸打磨后，再使用铜合金研磨十字圆棒状坯件表面。
4.如权利要求3所述的万向节十字轴毛坯冷挤加工工艺，其特征在于，步骤6中），再使用铜合金研磨十字圆棒状坯件表面后，进行第二次退火热处理操作，所述的第二次退火热处理操作包括：将料段加热至820±5℃，保温5小时，冷却到320℃±10℃，再出炉，冷至室温。
5.如权利要求1或2或3或4所述的万向节十字轴毛坯冷挤加工工艺，其特征在于，步骤1）中润滑剂采用水基石墨润滑剂，所述水基石墨润滑剂的配方中包括：纳米石墨：0.2-0.3％（重量百分比，下同），磷酸三丁酯：0.1-0.2%，亚磷酸酯：0.1-0.15%；丙酮：2-5%；石墨粉：10-20％，二硫化钼：10-20％，氧化镁：10-15％、氧化铜：1-3%，余量为水。
6.如权利要求5所述的万向节十字轴毛坯冷挤加工工艺，其特征在于，所述水基石墨润滑剂还包括重量百分比为1-3%的分散剂。
7.如权利要求6所述的万向节十字轴毛坯冷挤加工工艺，其特征在于，所述分散剂采用二辛基磺基琥珀酸钠和亚甲基双荼磺酸钠组成的复合分散剂。
8.如权利要求5所述的万向节十字轴毛坯冷挤加工工艺，其特征在于，所述水基石墨润滑剂还包括重量百分比为0.1-0.2％的增粘剂。
9.如权利要求8所述的万向节十字轴毛坯冷挤加工工艺，其特征在于，所述增粘剂采用烷基二乙醇酰胺。
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