CN110871340A - 一种制造空心阶梯轴的方法 - Google Patents

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周雪峰
徐艳
钱诚
陈圣凯
金涛
陈聪
孙德勤
刘万辉
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion

Abstract

本发明公开了一种空心阶梯轴的挤压制造方法，所述阶梯轴分为A段和B段，其主要尺寸特征如下：A段长度为100‑500 mm，A段外径为10‑50 mm，B段长度为100‑500 mm，B段外径为10‑60 mm，包括如下步骤：（1）下料；（2）管坯预成型；（3）预成型坯料热处理；（4）管坯终成型；（5）机械加工键槽；（6）阶梯轴热处理。本发明挤压成型空心阶梯轴解决了空心阶梯轴零件成型过程中的金属流动问题，减轻了阶梯轴成型过程中的氧化脱碳，同时易于保证阶梯轴的尺寸精度和表面质量。

Description

一种制造空心阶梯轴的方法
技术领域
本发明涉及一种空心阶梯轴的挤压制造方法，属于阶梯轴的机械加工领域。
背景技术
在能源危机和环境保护双重压力下，机械设备轻量化设计的要求越来越高，越来越多设备的传动机构采用空心轴替代传统实心轴，达到有效减重的目的。例如电动汽车空心轴电机的应用，有效节约了自重，延长了电动汽车的续航里程；空心轴在大型风机中的安装，可减轻风机转子重量，提高电能转换效率。空心轴的应用能够达到减重的目的，但是，空心轴的加工要求相对于实心轴更为困难：首先要保证空心轴中心通孔与外圆各阶梯圆柱面具有同轴度，同时中心通孔与外圆各阶梯圆柱面要求具有圆柱度。
空心阶梯轴的传统加工方法（[1]李治平,周亮.齿轮箱空心轴加工工艺研究[J].机械工程师,2015(6):224-225.[2]黄大为,吴德志,李盼,田相玉.空心轴及其制造方法:CN103341735A[P].2013.）是采用多道次车削及钻屑，加工道次多，不仅材料利用率低、耗时多，而且采用机械加工还会切断材料纤维流线，降低轴的承载能力，导致材料性能无法达到预期目标。近年来，为提升阶梯轴的力学性能，陶善虎（空心阶梯轴温挤压成形数值模拟[J].精密成形工程, 2015(5).）采用Deform-3D软件模拟了20CrMo钢在450℃下温挤压成型阶梯轴，但较高的成型温度容易引起锻件氧化脱碳而弱化轴的力学性能，同时较高的成型温度对模具性能提出了新的要求，限制了挤压技术的发展。因此，亟需一种更低温度条件下的温挤压成型方法，用于制造空心阶梯轴，解决上述现有空心阶梯轴成型技术的不足之处。
发明内容
本发明的目的是提供一种挤压成型制造空心阶梯轴的方法，解决现有机械加工材料利用率低、耗时多，以及力学性能低下等不足，同时减轻高温条件下挤压成型过程中的氧化脱碳等相变问题。
实现本发明目的的技术解决方案是：一种空心阶梯轴的挤压制造方法，阶梯轴分为A段和B段，其主要尺寸特征如下：A段长度为100-500 mm，A段外径为10-50 mm，B段长度为100-500 mm，B段外径为10-60 mm，包括如下步骤：
（1）下料：根据体积不变原理计算所需管坯长度；
（2）管坯预成型：成型阶梯轴A段，挤压温度为300-350℃，挤压速率为2-3mm/s；
（3）预成型坯料热处理：在840-860℃温度范围的盐浴内保温1-3小时，随后在610-630℃温度范围的盐浴内保温1-3小时，随后进行油冷。
（4）管坯终成型：成型阶梯轴B段，挤压温度为350-400℃，挤压速率为1-2 mm/s；
（5）机械加工键槽；
（6）阶梯轴热处理：在840-860℃温度范围的盐浴内保温1-3小时，随后在610-630℃温度范围的盐浴内保温1-3小时，随后进行水冷。
进一步的，下料用管坯的尺寸为：管坯内径小于成形阶梯轴A段内径(1-2)±0.1mm，管坯外径小于成形阶梯轴A段外径(0.5-1)±0.1mm。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
（1）工艺简单，材料利用率高，生产成本低；
（2）有效避免了热挤压过程中氧化脱碳等相变问题；
（3）加工表面质量好，加工精度高；
（4）力学性能好。
附图说明
图1是本发明空心阶梯轴制造流程图。
图2是本发明阶梯轴结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种空心阶梯轴的挤压制造方法，包括如下步骤：
如图2，空心阶梯轴轴分为A段和B段，其主要尺寸特征：A段长度为100-500 mm， A段外径10-50 mm，B段长度为100-500 mm，B段外径10-60 mm：
（1）下料：根据体积不变原理计算所需管坯长度；
（2）管坯预成型：成型阶梯轴A段，挤压温度为300-350℃，挤压速率为2-3mm/s；
（3）预成型坯料热处理：在840-860℃温度范围的盐浴内保温1-3小时，随后在610-630℃温度范围的盐浴内保温1-3小时，随后进行油冷。
（4）管坯终成型：成型阶梯轴B段，挤压温度为350-400 ℃，挤压速率为1-2 mm/s；
（5）机械加工键槽；
（6）阶梯轴热处理：在840-860℃温度范围的盐浴内保温1-3小时，随后在610-630℃温度范围的盐浴内保温1-3小时，随后进行水冷。
实施例1
本实施例制造空心阶梯轴的材料为20Cr。
（1）下料：根据体积不变原理计算所需管坯长度；下料用管坯的尺寸：下料管坯内径小于成形阶梯轴A段内径0.9 mm，管坯外径小于成形阶梯轴A段外径0.4mm。
（2）管坯预成型：成型阶梯轴A段，挤压温度为300 ℃，挤压速率为2mm/s。
（3）预成型坯料热处理：在840℃温度范围的盐浴内保温1小时，随后在610℃温度范围的盐浴内保温1小时，随后进行油冷。
（4）管坯终成型：成型阶梯轴B段，挤压温度为350 ℃，挤压速率为1 mm/s。
（5）机械加工键槽。
（6）阶梯轴热处理：在840℃温度范围的盐浴内保温1小时，随后在610℃温度范围的盐浴内保温1小时，随后进行水冷。
本实施例力学性能及表面粗糙度如表1所示。
实施例2
本实施例制造空心阶梯轴的材料为20Cr。
（1）下料：根据体积不变原理计算所需管坯长度；下料用管坯的尺寸：下料管坯内径小于成形阶梯轴A段内径1.5 mm，管坯外径小于成形阶梯轴A段外径0.75 mm。
（2）管坯预成型：成型阶梯轴A段，挤压温度为325℃，挤压速率为2.5 mm/s.
（3）预成型坯料热处理：在850 ℃温度范围的盐浴内保温2小时，随后在620℃温度范围的盐浴内保温2小时，随后进行油冷。
（4）管坯终成型：成型阶梯轴B段，挤压温度为375℃，挤压速率为1.5 mm/s。
（5）机械加工键槽。
（6）阶梯轴热处理：在850℃温度范围的盐浴内保温2小时，随后在620 ℃温度范围的盐浴内保温2小时，随后进行水冷。
本实施例力学性能及表面粗糙度如表1所示。
实施例3
本实施例制造空心阶梯轴的材料为20Cr。
（1）下料：根据体积不变原理计算所需管坯长度；下料用管坯的尺寸：管坯内径小于成形阶梯轴A段内径2.1 mm，管坯外径小于成形阶梯轴A段外径1.1mm。
（2）管坯预成型：成型阶梯轴A段，挤压温度为350 ℃，挤压速率为3mm/s.
（3）预成型坯料热处理：在860℃温度范围的盐浴内保温3小时，随后在630℃温度范围的盐浴内保温3小时，随后进行油冷。
（4）管坯终成型：成型阶梯轴B段，挤压温度为400 ℃，挤压速率为2 mm/s。
（5）机械加工键槽。
（6）阶梯轴热处理：在860℃温度范围的盐浴内保温3小时，随后在630℃温度范围的盐浴内保温3小时，随后进行水冷。
本实施例力学性能及表面粗糙度如表1所示。
Figure 556805DEST_PATH_IMAGE002
实施例4
本实施例制造空心阶梯轴的材料40Cr，制造方法如实施例1。
实施例5
本实施例制造空心阶梯轴的材料40Cr，制造方法如实施例2。
实施例6
本实施例制造空心阶梯轴的材料40Cr，制造方法如实施例3。
实施例7
本实施例制造空心阶梯轴的材料35CrMo，制造方法如实施例1。
实施例8
本实施例制造空心阶梯轴的材料35CrMo，制造方法如实施例2。
实施例9
本实施例制造空心阶梯轴的材料35CrMo，制造方法如实施例3。
实施例10
本实施例制造空心阶梯轴的材料45钢，制造方法如实施例1。
实施例11
本实施例制造空心阶梯轴的材料45钢，制造方法如实施例2。
实施例12
本实施例制造空心阶梯轴的材料45钢，制造方法如实施例3。

Claims (7)

1.一种空心阶梯轴的挤压制造方法，其特征在于，阶梯轴分为A段和B段，其主要尺寸特征如下：A段长度为100-500 mm，A段外径为10-50 mm，B段长度为100-500 mm，B段外径为10-60 mm，包括如下步骤：
S1，根据体积不变原理计算管坯长度，并下料；
S2，成型阶梯轴A段；
S3，预成型坯料热处理；
S4，成型阶梯轴B段；
S5，机械加工键槽；
S6，阶梯轴热处理。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，下料用管坯的尺寸为：管坯内径小于成形阶梯轴A段内径(1-2)±0.1 mm，管坯外径小于成形阶梯轴A段外径(0.5-1)±0.1mm。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，管坯材质为20Cr、40Cr、35CrMo和45钢中任意一种。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，成型阶梯轴A段的挤压温度为300-350℃，挤压速率为2-3mm/s。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，预成型坯料热处理的步骤如下：在840-860℃温度范围的盐浴内保温1-3小时，随后在610-630℃温度范围的盐浴内保温1-3小时，随后进行油冷。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，成型阶梯轴B段的挤压温度为350-400℃，挤压速率为1-2 mm/s。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，阶梯轴热处理的步骤如下：在840-860℃温度范围的盐浴内保温1-3小时，随后在610-630℃温度范围的盐浴内保温1-3小时，随后进行水冷。
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