CN109079430B - 高性能低成本异形三叉万向节温挤压成形方法及模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种异形三叉万向节的加工方法，尤其是涉及一种高性能低成本异形三叉万向节温挤压成形方法及模具。其主要是解决现有技术所存在的三叉万向节成形方法的生产工序多，加工工艺流程较长，产品精度较低，力学性能较差，产品的使用寿命较短等的技术问题。本发明对坯料表面采用细砂抛丸处理，直到抛丸后的坯料表面呈细小蜂窝状；然后在中频加热炉中进行加热，放入模具中，一次温挤成形，然后进行磨加工、车削加工，车削时以精锻毛坯件三个球头处的小平面作为基准定位面，确保同批产品尺寸的一致性；最后进行拉花键、热处理、磨加工，最后得到高性能低成本异形三叉万向节成品。

Description

高性能低成本异形三叉万向节温挤压成形方法及模具

技术领域

本发明涉及一种异形三叉万向节的加工方法，尤其是涉及一种高性能低成本异形三叉万向节温挤压成形方法及模具。

背景技术

随着汽车工业的迅速发展，汽车在全国迅速普及，现今数量达9000万之多。同时，汽车零配件行业也处在高速发展的阶段。在现代科技发展的带动下，装配自动化正在逐步发展成为当今世界装配的主流，逐步取代手工装配。中国专利公开了一种三球道等速万向节筒形壳精整成形方法及其精整凸模（公开号：CN103722066B），其三球道等速万向节筒形壳包括筒形壳壳体和壳体下端设置的柄部，筒形壳壳体设有中孔空腔，中孔空腔由中心圆腔以及中心圆腔外均匀分布的三个球沟道腔构成，筒形壳壳体内壁呈凸弧形面，其精整成形方法包括温锻成形和冷精整塑性成形步骤，冷精整塑性成形为变薄拉伸冷精整工序，将坯料套装在精整凸模上，利用冷精整成形凹模对坯料压向精整凸模向心力的作用，坯料在冷精整成形凹模作用下受力塑性变形，紧贴着精整凸模并沿冷精整成形凹模运动方向流动，使筒形壳壳体内壁呈凸弧形面，即中心圆腔和球沟道腔都呈两腔端内径大、中间内径小的结构；冷精整成形凹模的模腔尺寸比温锻成形毛坯外径小；温锻成形工艺包括a、断料：截取金属棒材；b、制坯抛丸：对金属棒材定径定尺、车外圆、端面倒角，抛丸：将坯料放入抛丸机内进行表面喷砂；c、涂层：将制坯抛丸后的金属棒材加热至180-220℃，稀石墨浸泡，进行表面涂层；d、正挤压：将上述涂层好的坯料，加热至800-900℃放入正挤凹模中，对坯料的上端面进行正挤压，形成大直径的圆柱体以及其下端设置的柄部；e、镦粗：对正挤压后的坯料进行镦粗挤压；f、反挤压：将镦粗后的坯料放入反挤凹模中，对坯料的上端面进行反挤，形成筒形壳壳体，筒形壳壳体设有内腔，所述的内腔由中心圆腔以及中心圆腔外均匀分布的三个球沟道腔构成，其中心圆腔内壁呈直线状，三条球沟道腔呈三等分并在空间呈直线状平行分布；精整凸模外壁沿该精整凸模长度方向呈凹弧形面结构。但是这种成形方法的生产工序多，加工工艺流程较长，产品精度较低，力学性能较差，产品的使用寿命较短。

发明内容

本发明是提供一种高性能低成本异形三叉万向节温挤压成形方法及模具，其主要是解决现有技术所存在的三叉万向节成形方法的生产工序多，加工工艺流程较长，产品精度较低，力学性能较差，产品的使用寿命较短等的技术问题。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明的高性能低成本异形三叉万向节温挤压成形方法，其特征在于所述的方法包括：

a. 锯床锯料后，对棒料表面剥皮加工，去除材料表面的氧化皮及表面沟槽裂纹，根据产品的形状、尺寸，以及材料的可塑性特征进行制作出坯料；

b.对坯料表面采用细砂抛丸处理，直到抛丸后的坯料表面呈细小蜂窝状；

c.将坯料表面浸泡涂抹一层石墨润滑剂，再将坯料放入中频炉加热通道上，在中频加热炉中进行加热，并在 15s内使其温度加热到780-800℃，在模具内喷入适量石墨溶液，作为润滑模具用；

d. 将经过加热后的坯料放入模具中，一次温挤成形，得到精锻毛坯件，精锻毛坯件的三个球头位置的同一平面上形成有固定的小平面，便于后工序对装配尺寸进行车削加工时的精准定位；

e. 根据最终产品的装配尺寸要求，结合后工序磨加工磨削余量，对精锻毛坯件的装配尺寸部位进行车削加工至半成品件，车削时以精锻毛坯件三个球头处的小平面作为基准定位面，确保同批产品尺寸的一致性；

f. 将车削加工的半成品，按照图纸要求分别进行拉花键、热处理、磨加工，最后得到高性能低成本异形三叉万向节成品。

本发明坯料表面采用细砂抛丸处理，由于后工序加热和温挤时，坯料表面难以避免粘附的脏物或杂质，后工序温挤模具表面粗糙度接近镜面，坯料上带入的脏物或杂质将破坏模具表面粗糙度，影响产品温挤后的脱模、模具寿命、产品表面质量等；抛丸后的坯料表面呈细小蜂窝状，可更好的粘附石墨润滑剂，从而起到润滑模具，延长模具寿命等作用。

本发明通过在模具上三个球头部位同一平面处分别雕刻出相同面积的平面，加工时在精锻件毛坯件的三个球头位置同一平面上形成固定的小平面，便于后工序对装配尺寸进行车削加工时的精准定位，减少车削不良率。

作为优选，所述的细砂抛丸在细砂抛丸机中进行，细砂抛丸机包括有筒体，筒体通过传动机构连接驱动电机，筒体内设有抛丸输送带，筒体的内壁上连接有多根抛丸主杆，抛丸主杆中部铰接有抛丸摆杆，抛丸摆杆通过连杆一连接抛丸气缸，抛丸主杆、抛丸摆杆的顶端都连接有弧形的抛丸勺，抛丸勺的上表面为内凹的弧面。本发明的抛丸机由于采用的是细砂，因此筒体转动后，通过抛丸主杆的转动带动抛丸勺将细砂抛起，对坯料进行抛丸处理。同时抛丸气缸工作后带动抛丸摆杆摆动，这样与抛丸摆杆连接的抛丸勺能够不断调整位置，并且进一步对坯料进行抛丸处理。

作为优选，所述的传动机构包括有设在筒体外表面的齿条，齿条通过传动齿轮副连接有驱动电机，传动齿轮副的齿体齿根处设有弧形嵌槽，弧形嵌槽内设有加强合金层。驱动电机驱动传动齿轮副转动后，能够带动筒体旋转，通过加强合金层可以加强整个传动齿轮副的强度，防止因为筒体重量过大导致齿体断裂。加强合金层为市售的耐磨抗断裂的合金制成。

作为优选，所述的中频加热炉包括有炉体，炉体内设有加热输送带，炉体内设有螺旋形排布的加热块，炉体的顶部设有风扇，坯料在炉体内先加热到680-700℃，然后以10℃/s的速率降温到600-620℃，然后再升温到780-800℃。加热时通过两侧升温以及一次急速降温，可以保证整个坯料内部在加热时晶像组织稳定，防止其突然过快升温导致内部产生裂纹。

作为优选，所述的车削加工在滚轮磨削装置中进行，滚轮磨削装置包括有两个对称设置的圆弧修整器，两个圆弧修整器之间设有隔圈，圆弧修整器中间设有轴孔，圆弧修整器连接传动机构，传动机构包括有穿接在圆弧修整器、隔圈内的滚轮转轴，滚轮转轴连接在转轴座上，转轴座上设有滚轮电机，转轴座通过一根连杆二连接有导轮，导轮活动连接在调节轨道上，调节轨道的两端连接有调节气缸，转轴座活动连接在机架上。两个圆弧修整器加中间的隔圈，隔圈根据特点产品的需要定做宽度，这样可以大大减少滚轮的投入和加快产品开发的速度。本发明利用调节气缸推动调节轨道，使得滚轮转轴可以调整角度，互为基准点，从而保证了加工精度一致。

作为优选，所述的步骤f的热处理在热处理炉中进行，热处理炉包括有处理通道，处理通道下部设有热处理输送带，热处理输送带包括有平行设置的若干支撑杆，支撑杆上穿接有推送板，相邻推送板之间通过咬合块以及咬合槽拼合，咬合块与咬合槽都为梯形，支撑杆通过摆杆连接传动杆，传动杆连接传动气缸，炉体内设有加热管，处理通道分为四段式，第一段为500-600℃，第二段为350-400℃，第三段为250-300℃，第四段为150-200℃，四段炉体之间设有隔板。推送板可以随着传动杆、支撑杆进行摆动，这样推送板向上翘起后，能够定位外圈工件，使其保持位置的一致性，从而保证了热处理的均匀性。利用四段式的加温，使得半成品加温时是逐渐加温，使得工件内部的晶像组织变化较为温和，防止产生裂缝。

一种高性能低成本异形三叉万向节温挤压成形方法及模具,所述的模具包括有上模架、下模架，上模架通过上导向板、导柱连接有上模板，上模板下方固定有上凹模，上凹模内设有上冲头，上模架的内部设有上浮动缸，下模架通过下导向板、导柱连接有下模板，下模板上方固定有下凹模，下凹模内设有下冲头，下模架的内部设有下浮动缸，在上凹模、下凹模上三个球头部位同一平面处分别雕刻出相同面积的平面，加工时在精锻件毛坯件的三个球头位置同一平面上形成固定的小平面。这样便于后工序对装配尺寸进行车削加工时的精准定位，减少车削不良率。

作为优选，所述的上模板、下导向板上都设有垫块。本发明在模架的上下两个浮动缸四个导向柱上增加等同高度的垫块，使液压机模具合模后，上下模芯间的距离固定，挤压成形后精锻件毛坯厚度确保一致， 完全解决因液压设备限位感应延迟导致的厚度不均影响其余锻造尺寸精度的锻造缺陷，减少锻造不良率。

作为优选，所述的上凹模、下凹模的外围设有圆环型的保温座，保温座的内壁上设有保温盘管，下凹模上设有安装槽，安装槽内设有温度感应器，温度感应器通过数控机构连接保温盘管的加热机构。利用保温座可以根据需要对坯料进行保温处理，通过温度感应器，使得坯料的温度始终维持在设定范围内，这样能够保证温挤时的稳定性。

作为优选，所述的垫块包括有上支撑块与下支撑块，上支撑块与下支撑块的四个边角之间设有弹簧，下支撑块的中部设有缺口，缺口处设有压力传感器，上支撑块设有可以顶动压力传感器的凸块。上支撑块与下支撑块可以进行互相挤压，这样压力传感器即可随时传输压力值，这样发出信号到数控机构，可以根据设定值操控上凹模与下凹模的工作时间以及行程。

因此，本发明采用在模架的四个导向柱上，上下模板与上下浮动缸之间，各增加四块等同高度的垫块，使液压机模具合模后，上下模芯间的距离固定，挤压成形后精锻件毛坯厚度确保一致， 完全解决因液压设备限位感应延迟导致的厚度不均影响其余锻造尺寸精度的锻造缺陷，减少锻造不良率；采用温挤压成形工艺加工的异形三叉万向节毛坯件，由于温锻在再结晶温度以下，型材毛坯件基本不会产生氧化现象，且材料的塑性比冷锻条件下要好，因此可以生产接近最终形状的金属零件，提高了材料的利用率，减少了加工工序，提高了加工效率；由于采用挤压成形工艺，金属流线均匀按产品轮廓形状分布，精锻件除装配区域外基本不再进行加工，因而产品力学性能得到增强；精锻件装配尺寸需进行车削加工，通过在精锻模具上三个球头部位同一平面处分别雕刻出相同面积的平面，加工时在精锻件毛坯件的三个球头位置同一平面上形成固定的小平面，便于车削工序对装配尺寸进行车削加工时的精准定位，减少车削不良率，同步获得的异形三叉万向节成品件精度高，力学性能好。

附图说明

附图1是本发明细砂抛丸机的一种结构示意图；

附图2是图1的侧面结构示意图；

附图3是本发明中频加热炉的一种结构示意图；

附图4是本发明圆弧修整器与隔圈的一种结构示意图；

附图5是本发明滚轮磨削装置的一种结构示意图；

附图6是本发明热处理炉的一种结构示意图；

附图7是本发明热处理输送带的一种结构示意图；

附图8是本发明模具的一种结构示意图，中心线左边为挤压状态图，中心线右边为放料状态图；

附图9是本发明上凹模与下凹模的一种结构示意图；

附图10是本发明垫块的一种结构示意图；

附图11是本发明异形三叉万向节成品的一种结构示意图。

图中零部件、部位及编号：筒体1、驱动电机2、抛丸输送带3、抛丸主杆4、抛丸摆杆5、连杆一6、抛丸气缸7、抛丸勺8、炉体9、加热输送带10、加热块11、风扇12、圆弧修整器13、隔圈14、轴孔15、滚轮转轴16、转轴座17、连杆二18、导轮19、调节轨道20、调节气缸21、机架22、处理通道23、热处理输送带24、支撑杆25、推送板26、咬合块27、摆杆28、传动杆29、传动气缸30、加热管31、隔板32、齿条33、传动齿轮副34、上模架38、下模架39、上导向板40、导柱一41、上模板42、上凹模43、上冲头44、上浮动缸45、下导向板46、下模板47、下凹模48、下冲头49、下浮动缸50、垫块51、平面52、保温座53、保温盘管54、安装槽55、温度感应器56、上支撑块57、下支撑块58、弹簧59、压力传感器60、凸块61、异形三叉万向节成品62。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本例的高性能低成本异形三叉万向节温挤压成形方法，其步骤为：

a. 锯床锯料后，对棒料表面剥皮加工，去除材料表面的氧化皮及表面沟槽裂纹，根据产品的形状、尺寸，以及材料的可塑性特征进行制作出20CrMnTiH坯料；

b.对20CrMnTiH坯料表面采用细砂抛丸处理，直到抛丸后的坯料表面呈细小蜂窝状；细砂抛丸在细砂抛丸机中进行，如图1、图2，细砂抛丸机包括有筒体1，筒体通过传动机构连接驱动电机2，筒体内设有抛丸输送带3，筒体的内壁上连接有多根抛丸主杆4，抛丸主杆中部铰接有抛丸摆杆5，抛丸摆杆通过连杆一6连接抛丸气缸7，抛丸主杆、抛丸摆杆的顶端都连接有弧形的抛丸勺8，抛丸勺的上表面为内凹的弧面，传动机构包括有设在筒体外表面的齿条33，齿条通过传动齿轮副34连接有驱动电机2，传动齿轮副的齿体齿根处设有弧形嵌槽，弧形嵌槽内设有加强合金层；

c.将坯料表面浸泡涂抹一层石墨润滑剂，再将坯料放入中频炉加热通道上，在中频加热炉中进行加热，并在 15s内使其温度加热到780℃，如图3，中频加热炉包括有炉体9，炉体内设有加热输送带10，炉体内设有螺旋形排布的加热块11，炉体的顶部设有风扇12，坯料在炉体内先加热到700℃，然后以10℃/s的速率降温到620℃，然后再升温到780℃；在模具内喷入适量石墨溶液，作为润滑模具用；

d. 如图8中心线右边部分，将经过加热后的坯料放入模具中，一次温挤成形，上下凹模和上下冲头同时以恒定速度、恒定压力下压，因而能够使坯始终处于凹模内，保持良好的塑性变形能力，实现初步塑性变形，当上下凹模完成挤压行程，上下模板仍继续合拢，坯料继续产生塑性变形，逐步填满模芯型腔，当上下模板与垫块、上下浮动缸完全接触，并保持恒定压力2秒钟，使坯料完成填满模芯型腔，因受垫块限制，上下模板之间的距离恒定，来确保精锻件尺寸恒定，如图8中心线左边部分得到精锻毛坯件，精锻毛坯件的三个球头位置的同一平面上形成有固定的小平面，便于后工序对装配尺寸进行车削加工时的精准定位；

e. 根据最终产品的装配尺寸要求，结合后工序磨加工磨削余量，对精锻毛坯件的装配尺寸部位进行车削加工至半成品件，车削时以精锻毛坯件三个球头处的小平面作为基准定位面，确保同批产品尺寸的一致性；车削加工在滚轮磨削装置中进行，如图4、图5，滚轮磨削装置包括有两个对称设置的圆弧修整器13，两个圆弧修整器之间设有隔圈14，圆弧修整器中间设有轴孔15，圆弧修整器连接传动机构，传动机构包括有穿接在圆弧修整器、隔圈内的滚轮转轴16，滚轮转轴连接在转轴座17上，转轴座上设有滚轮电机，转轴座通过一根连杆二18连接有导轮19，导轮活动连接在调节轨道20上，调节轨道的两端连接有调节气缸21，转轴座活动连接在机架22上

f. 将车削加工的半成品，按照图纸要求分别进行拉花键、热处理、磨加工，其中热处理在热处理炉中进行，如图6、图7，热处理炉包括有处理通道23，处理通道下部设有热处理输送带24，热处理输送带包括有平行设置的若干支撑杆25，支撑杆上穿接有推送板26，相邻推送板之间通过咬合块27以及咬合槽拼合，咬合块与咬合槽都为梯形，支撑杆通过摆杆28连接传动杆29，传动杆连接传动气缸30，炉体内设有加热管31，处理通道分为四段式，第一段为600℃，第二段为400℃，第三段为300℃，第四段为150℃，四段炉体之间设有隔板32，最后得到如图11的高性能低成本异形三叉万向节成品62。

本例的高性能低成本异形三叉万向节温挤压成形模具，如图8，包括有上模架38、下模架39，上模架通过上导向板40、导柱一41连接有上模板42，上模板下方固定有上凹模43，上凹模内设有上冲头44，上模架的内部设有上浮动缸45，下模架通过下导向板46、导柱二连接有下模板47，下模板上方固定有下凹模48，下凹模内设有下冲头49，下模架的内部设有下浮动缸50，上模板42、下导向板46上都设有垫块51。如图9，在上凹模43、下凹模48上三个球头部位同一平面处分别雕刻出相同面积的平面52，加工时在精锻件毛坯件的三个球头位置同一平面上形成固定的小平面。上凹模43、下凹模48的外围设有圆环型的保温座53，保温座的内壁上设有保温盘管54，下凹模上设有安装槽55，安装槽内设有温度感应器56，温度感应器通过数控机构连接保温盘管的加热机构。如图10，垫块51包括有包括有上支撑块57与下支撑块58，上支撑块与下支撑块的四个边角之间设有弹簧59，下支撑块的中部设有缺口，缺口处设有压力传感器60，上支撑块设有可以顶动压力传感器的凸块61。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (5)

1.一种高性能低成本异形三叉万向节温挤压成形方法，其特征在于所述的方法包括：

a. 锯床锯料后，对棒料表面剥皮加工，去除材料表面的氧化皮及表面沟槽裂纹，根据产品的形状、尺寸，以及材料的可塑性特征进行制作出坯料；

b.对坯料表面采用细砂抛丸处理，直到抛丸后的坯料表面呈细小蜂窝状；所述的细砂抛丸在细砂抛丸机中进行，细砂抛丸机包括有筒体（1），筒体通过传动机构连接驱动电机（2），筒体内设有抛丸输送带（3），筒体的内壁上连接有多根抛丸主杆（4），抛丸主杆中部铰接有抛丸摆杆（5），抛丸摆杆通过连杆一（6）连接抛丸气缸（7），抛丸主杆、抛丸摆杆的顶端都连接有弧形的抛丸勺（8），抛丸勺的上表面为内凹的弧面；传动机构包括有设在筒体（1）外表面的齿条（33），齿条通过传动齿轮副（34）连接有驱动电机（2），传动齿轮副的齿体（35）齿根处设有弧形嵌槽（36），弧形嵌槽内设有加强合金层（37）；

c.将坯料表面浸泡涂抹一层石墨润滑剂，再将坯料放入中频炉加热通道上，在中频加热炉中进行加热，中频加热炉包括有炉体（9），炉体内设有加热输送带（10），炉体内设有螺旋形排布的加热块（11），炉体的顶部设有风扇（12），在 15s内，坯料在炉体内先加热到680-700℃，然后以10℃/s的速率降温到600-620℃，然后再升温到780-800℃；在模具内喷入适量石墨溶液，作为润滑模具用；

d. 将经过加热后的坯料放入模具中，一次温挤成形，得到精锻毛坯件，精锻毛坯件的三个球头位置的同一平面上形成有固定的小平面，便于后工序对装配尺寸进行车削加工时的精准定位；

e. 根据最终产品的装配尺寸要求，结合后工序磨加工磨削余量，对精锻毛坯件的装配尺寸部位进行车削加工至半成品件，车削时以精锻毛坯件三个球头处的小平面作为基准定位面，确保同批产品尺寸的一致性；

f. 将车削加工的半成品，按照图纸要求分别进行拉花键、热处理、磨加工，最后得到高性能低成本异形三叉万向节成品。

2.根据权利要求1所述的高性能低成本异形三叉万向节温挤压成形方法，其特征在于所述的车削加工在滚轮磨削装置中进行，滚轮磨削装置包括有两个对称设置的圆弧修整器（13），两个圆弧修整器之间设有隔圈（14），圆弧修整器中间设有轴孔（15），圆弧修整器连接传动机构，传动机构包括有穿接在圆弧修整器、隔圈内的滚轮转轴（16），滚轮转轴连接在转轴座（17）上，转轴座上设有滚轮电机，转轴座通过一根连杆二（18）连接有导轮（19），导轮活动连接在调节轨道（20）上，调节轨道的两端连接有调节气缸（21），转轴座活动连接在机架（22）上。

3.根据权利要求1所述的高性能低成本异形三叉万向节温挤压成形方法，其特征在于所述的步骤f的热处理在热处理炉中进行，热处理炉包括有处理通道（23），处理通道下部设有热处理输送带（24），热处理输送带包括有平行设置的若干支撑杆（25），支撑杆上穿接有推送板（26），相邻推送板之间通过咬合块（27）以及咬合槽拼合，咬合块与咬合槽都为梯形，支撑杆通过摆杆（28）连接传动杆（29），传动杆连接传动气缸（30），炉体内设有加热管（31），处理通道分为四段式，第一段为500-600℃，第二段为350-400℃，第三段为250-300℃，第四段为150-200℃，四段炉体之间设有隔板（32）。

4.一种高性能低成本异形三叉万向节温挤压成形模具，其特征在于所述的模具包括有上模架（38）、下模架（39），上模架通过上导向板（40）、导柱一（41）连接有上模板（42），上模板下方固定有上凹模（43），上凹模内设有上冲头（44），上模架的内部设有上浮动缸（45），下模架通过下导向板（46）、导柱二连接有下模板（47），下模板上方固定有下凹模（48），下凹模内设有下冲头（49），下模架的内部设有下浮动缸（50），上凹模（43）、下凹模（48）上三个球头部位同一平面处分别雕刻出相同面积的平面（52），加工时在精锻件毛坯件的三个球头位置同一平面上形成固定的小平面；所述的上模板（42）、下导向板（46）上都设有垫块（51），垫块（51）包括有上支撑块（57）与下支撑块（58），上支撑块与下支撑块的四个边角之间设有弹簧（59），下支撑块的中部设有缺口，缺口处设有压力传感器（60），上支撑块设有可以顶动压力传感器的凸块（61）。

5.根据权利要求4所述的高性能低成本异形三叉万向节温挤压成形模具，其特征在于所述的上凹模（43）、下凹模（48）的外围设有圆环型的保温座（53），保温座的内壁上设有保温盘管（54），下凹模上设有安装槽（55），安装槽内设有温度感应器（56），温度感应器通过数控机构连接保温盘管的加热机构。

Images