CN109226624B - 一种偏心轴及其成型工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种偏心轴成型工艺，其包括步骤：(1)根据偏心轴成型毛坯的尺寸加工偏心模具，所述偏心模具中具有中轴线错开的大外径端型腔和偏心轴小端型腔；(2)锻造圆柱形钢坯；(3)将圆柱形钢坯放入偏心模具中，局部镦粗大外径端；(4)脱模后滚圆大外径端，再进模镦粗到位。本发明所述工艺以可简易快捷锻造出的圆柱形钢坯为对象，通过偏心模具进行局部镦粗，实现了偏心轴的大外径端和偏心轴小端的一次性快速锻压成型，进模一次成型到位，不仅整个工艺过程简便快捷，而且可大大降低加工余量，还可以保证偏心轴的机械性能。

Description

一种偏心轴及其成型工艺

技术领域

本发明属于销轴技术领域，具体涉及一种偏心轴及其成型工艺。

背景技术

通常轴类件各直径的中心轴线不在同一直线称为偏心轴。偏心轴一般是通过偏心孔固定在电机旋转轴上，在电机启动时，做凸轮运动，广泛应用于汽车、发动机、泵等。而对于锻造偏心轴毛坯，很容易出现锻件偏心尺寸不够，导致产品粗加工不能达到图纸要求，或是锻件产品偏心小台阶长度太短，锻造时无法锻压出小台阶；尤其是如图1所示的偏心轴1，只有单面偏心小台阶，更难直接锻造成形，这种偏心轴通常由一下两种方案锻造成型。

一种方案是按偏心轴最大外径锻造成圆柱形产品，然后通过粗加工加工出偏心尺寸形状。这种成型方式优点在于锻件形状简单、锻造成型方便；但是缺点也比较明显，不仅增加了锻件重量，粗加工余量增大，综合锻件成本及粗加工成本高。

另一种方案是并件锻造，将两个偏心轴的大外径端合并一起锻造，如图2所示，坯料通过分料成三段台阶坯料2，然后经拔长、压小台阶锻造成偏心轴并件3，然后按单件尺寸中间锯开粗加工。该方案优点在于，相比第一种方案锻件重量可以减轻；但是缺点在于：偏心轴坯料压台阶时，如两侧小台阶坯料分料长度小于大台阶坯料尺寸一半时，分料后拔长小台阶坯料端面将形成凹坑，导致产品长度不够形成产品报废，所以这种情况需要加长分料长度，保证分料长度≥大台阶坯料尺寸一半，毛坯两端加长料需要锯下后才能进行粗加工，因此仍会造成较大的加工余量。

另外，采用上述两种方案锻造时，大外径端金属纤维流向沿轴向，切向的机械性能有待提高，而且大外径端和偏心轴下端相接处的金属纤维易被破坏，影响偏心轴的整体机械性能。

发明内容

因此，针对现有技术中偏心轴的锻造成型中加工余量大、综合成本高，且机械性能尤其是大外径端切向的机械性能有待提高的技术问题，本发明的目的在于提供一种偏心轴成型工艺，可有效减少加工余量和成本，同时可有效提高大外径端切向的机械性能。

本发明的偏心轴成型工艺包括步骤：

(1)加工偏心模具，所述偏心模具中具有中心轴线错开的大外径端型腔和偏心轴小端型腔，大外径端型腔根据偏心轴的大外径端尺寸留有余量，偏心轴小端型腔的尺寸根据偏心轴的偏心轴小端尺寸留有余量；

(2)锻造圆柱形钢坯，所述圆柱形钢坯的直径按照偏心轴小端的直径尺寸留有余量并等于或略小于偏心轴小端型腔的最小直径；

(3)将圆柱形钢坯放入偏心模具中，局部镦粗大外径端；

(4)脱模后滚圆大外径端，再进模镦粗到位。

优选的，步骤(1)中，所述大外径端型腔和偏心轴小端型腔相接处加工出环形台阶；不仅方便偏心模具的型腔加工，而且锻件在机加工过程中可以两边借偏心。所述环形台阶偏心最小处的尺寸就是偏心轴净尺寸放了锻造余量后，附加的保险余量，目的是防止模具成型偏心法兰后可能出现大外径未能全部填满模具而导致偏心尺寸不足，大外径加工不出的情况所放的保险系数。有了这个环形台阶，机加工时可以矫正大外径后车偏心小脚，也可以通过矫正小脚后车偏心大外径。

优选的，步骤(1)中，所述偏心模具外侧加工有凹槽台阶。

优选的，步骤(1)中，所述偏心模具的大外径端型腔和偏心轴小端型腔的侧壁加工出斜度，上宽下窄。该设计可方便步骤(4)的脱模。

步骤(1)中，大外径端型腔根据偏心轴的大外径端尺寸留有的余量为：轴向5％～20％优选10％～15％，横向10％～25％优选12％～20％；偏心轴小端型腔的尺寸根据偏心轴的偏心轴小端尺寸留有的余量为；轴向2％～10％优选2.5％～4％，横向5％～30％优选12％～25％。通过限定大外径端型腔和偏心轴小端型腔的尺寸，可以有效地减少偏心轴毛坯成型后精制加工时的加工余量，大大降低加工难度。

优选的，步骤(2)中，所述圆柱形钢坯的锻造过程包括:钢锭锯床锯切下料、加热、拔长、镦粗，再拔长和滚圆。

本发明所述的工艺制备的偏心轴，其偏心轴小端的金属纤维流向沿着轴向，大外径端的金属纤维流向呈环形。所述偏心轴的大外径端和偏心轴小端一体成型，不仅可以有效防止偏心轴小端与大外径端偏心不够的问题，而且金属纤维不被破坏，保证了偏心轴的整体机械性能；同时，大外径端的金属纤维流向为环形，可有效提高大外径端的切向机械性能。

本发明成型偏心轴时采用局部镦粗的锻造方法，具有以下有益效果：

1、本发明所述工艺以可简易快捷锻造出的圆柱形钢坯为对象，通过偏心模具进行局部镦粗，实现了偏心轴的大外径端和偏心轴小端的一次性快速锻压成型，进模一次成型到位，不仅整个工艺过程简便快捷，而且可大大降低加工余量。

2、本发明所述工艺制备的偏心轴中，大外径端和偏心轴小端一体成型，不仅可以有效防止偏心轴小端与大外径端偏心不够的问题，而且金属纤维不被破坏，保证了偏心轴的整体机械性能。同时，大外径端的金属纤维流向为环形，可有效提高大外径端的切向机械性能。

3、在进模镦粗成型前，圆柱形钢坯经过两次镦粗拔长，可以有效地打碎钢锭内部枝晶偏析，提高锻件内部组织致密度，同时增加了拔长比，提高了轴伸端纵向力学性能；而且拔长时直径原则上只要保证偏心轴小端直径余量即可，无需考虑拔长凹芯问题。

附图说明

图1为偏心轴的立体示意图；

图2为现有的偏心轴并件锻造工艺示意图；

图3和图4为实施例1预锻造的偏心轴(标有尺寸)的示意图；

图5为实施例1的偏心模具的剖视图；

图6为实施例1的偏心模具的尺寸示意图；

图7为实施例1的圆柱形钢坯的示意图；

图8为实施例1的圆柱形钢坯和偏心模具的示意图；

图9为实施例1的偏心轴成型毛坯的示意图。

附图标记

偏心轴1，三段台阶坯料2，偏心轴并件3；

偏心模具4，大外径端型腔41，偏心轴小端型腔42，环形台阶43，凹槽台阶44。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。

实施例1

待锻造的偏心轴成品如图3和4所示，其大外径端直径为300mm，高度为140mm，偏心轴小端直径为180mm，高度为340mm，大外径端和偏心轴小端的中心轴线距离为60mm。

锻造工艺如下：

(1)加工偏心模具4(如图5所示)，偏心模具4中具有中心轴线错开的大外径端型腔41和偏心轴小端型腔42，大外径端型腔41根据偏心轴的大外径端尺寸留有余量，偏心轴小端型腔42的尺寸根据偏心轴的偏心轴小端尺寸留有余量；

优选的，大外径端型腔41和偏心轴小端型腔42相接处加工出环形台阶43，不仅方便偏心模具的型腔加工，而且锻件在机加工过程中可以两边借偏心；偏心模具4外侧加工有凹槽台阶44，方便吊装；大外径端型腔41和偏心轴小端型腔42的侧壁加工出斜度，上宽下窄，该设计可方便步骤(4)的脱模；偏心模具4的具体尺寸如图6所示。

(2)锻造圆柱形钢坯，圆柱形钢坯的直径按照偏心轴小端的直径尺寸留有余量并等于或略小于偏心轴小端型腔的最小直径；圆柱形钢坯具体过程如下：

2a)：钢锭锯床锯切下料，下料重量235kg，尺寸350×350×245mm方(245mm为钢锭长度方向)；

2b)：锻造加热：冷炉装料，加热至1210±10℃，保温4-6h；

2c)：锻造：拔长250×250×478mm；

2d)：镦粗360×360×230mm；

2e)：拔长滚圆至∮205×870mm，得到圆柱形钢坯如图7所示，其金属纤维流向沿着轴向。

(3)将圆柱形钢坯放入偏心模具4中，如图8所示，局部镦粗大外径端。

(4)脱模后滚圆大外径端，再进模镦粗到位，得到如图9所示的偏心轴成型毛坯。

本发明实施例以经过步骤(2)简易快捷锻造出的圆柱形钢坯为对象，通过偏心模具4进行局部镦粗，实现了偏心轴的大外径端和偏心轴小端的一次性快速锻压成型，进模一次成型到位，不仅整个工艺过程简便快捷，而且可大大降低加工余量。通过上述步骤制备的偏心轴中，大外径端和偏心轴小端一体成型，不仅可以有效防止偏心轴小端与大外径端偏心不够的问题，而且金属纤维不被破坏，保证了偏心轴的整体机械性能。同时，大外径端的金属纤维流向为环形(如图9所示)，可有效提高大外径端的切向机械性能。

对比例1和2

在进行实施例1的同时，采用现有的两种方案作为对比例1和对比例2进行相同规格偏心轴的锻造，其中对比例1按偏心轴最大外径锻造成圆柱形产品，然后通过粗加工加工出偏心尺寸形状，对比例2采用并件锻造的工艺。

比较实施例1、对比例1和对比例2的单个偏心轴锻造开始时的下料重量，后续精加工制作成品时的加工余量(总和)，以及偏心轴成品的机械性能，包括整体机械性能和大外径切向机械性能，结果如表1所示。

表1实施例1和对比例1-2的工艺及性能比较

由表1可知，相比于对比例1和2，实施例1通过本发明工艺制备偏心轴时，开始的下料重量和后续精加工时的加工余量大大减小了，综合成本大大降低。而且制备的偏心轴的切向性能在抗拉强度、屈服强度、延伸率和断面收缩率等方面均要明显优于常规方法制备的偏心轴。

以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创新的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.一种偏心轴成型工艺，其特征在于，其包括步骤：

(1)加工偏心模具，所述偏心模具中具有中心轴线错开的大外径端型腔和偏心轴小端型腔，大外径端型腔根据偏心轴的大外径端尺寸留有余量，偏心轴小端型腔的尺寸根据偏心轴的偏心轴小端尺寸留有余量；所述偏心模具的大外径端型腔和偏心轴小端型腔的侧壁加工出斜度，上宽下窄；大外径端型腔根据偏心轴的大外径端尺寸留有的余量为：轴向5％～20％，横向10％～25％；偏心轴小端型腔的尺寸根据偏心轴的偏心轴小端尺寸留有的余量为： 轴向2％～10％，横向5％～30％；

(2)锻造圆柱形钢坯，所述圆柱形钢坯的直径按照偏心轴小端的直径尺寸留有余量并等于或略小于偏心轴小端型腔的最小直径；所述圆柱形钢坯的锻造过程包括:钢锭锯床锯切下料、加热、拔长、镦粗，再拔长和滚圆；所述圆柱形钢坯的纤维流向沿着轴向；

(3)将圆柱形钢坯放入偏心模具中，局部镦粗大外径端；

(4)脱模后滚圆大外径端，再进模镦粗到位。

2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述大外径端型腔和偏心轴小端型腔相接处加工出环形台阶。

3.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述偏心模具外侧加工有凹槽台阶。

4.如权利要求1～3任一项所述的工艺制备的偏心轴。

5.如权利要求4所述的偏心轴，其特征在于，其偏心轴小端的金属纤维流向沿着轴向，大外径端的金属纤维流向呈环形。

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