CN111390080A - 一种花键轴的径向锻应变诱发半固态滚扎成形工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于花键轴制造技术领域，特别涉及一种花键轴的径向锻应变诱发半固态滚扎成形工艺，主要包括以下步骤：1)对棒料进行冷态径向锻造塑性变形；2)对成形花键轴用冷锻棒料进行半固态滚扎成形。本发明提出一种花键轴的径向锻应变诱发半固态滚扎成形工艺，该方法具有整体成形、材料利用率高的优点，成形件的边缘位置为细小近球状微观组织、且内部的径向锻造纤维状金属流线完整，力学性能更好。

Description

一种花键轴的径向锻应变诱发半固态滚扎成形工艺
技术领域
本发明属于花键轴制造技术领域，特别涉及一种花键轴的径向锻应变诱发半固态滚扎成形工艺。
背景技术
花键轴是一种在轴的外表有多个纵向键槽的轴类零件，通常在机械系统中用于传递轴与轮毂间的运动和扭矩，并与含内花键结构的轮毂组成花键联接。在花键联接中，轮毂可与花键轴保持同步旋转，同时可沿花键轴作纵向滑动。花键联接具有承载能力强、对中性和导向性好、可靠性高等优点，因而被广泛应用于汽车、航天航空、机床、工程机械和船舶等工业领域。例如，在汽车工业中，一辆普通汽车整体构造中约含30件花键轴零件，其主要使用在底盘部分的传动半轴、离合器、传动总成、差速器、转向总成、变速器等部位，用于实现传动、变速、转向等功能。可以看出，花键轴零件在汽车中使用广泛，对于汽车实现正常行驶功能起着不可或缺的作用，其生产制造水平将直接影响整个机械系统的工作性能和可靠性。
目前，我国汽车工业中，包括一汽、上汽、东风和长安四大汽车集团对于花键轴零件的生产制造主要采用两种方式，一为自主生产，二为外协加工，也即由专门的汽车零部件生产企业完成花键轴零件的生产制造。例如上汽集团中，其转向总成由上海采埃孚转向系统有限公司生产，而等速万向节传动轴、十字万向节传动轴等零部件由上海纳铁福传动轴有限公司生产。陕汽集团中，传动半轴零件主要由陕西华山机械厂、陕西东风车桥传动系统股份有限公司生产。但是，汽车集团及其零部件生产企业对于具有量大面广特点的花键轴零件的生产方式主要以传统的切削加工为主，塑性成形加工甚少，而切削加工工艺中切断金属纤维组织、机械性能降低、浪费材料、生产周期冗长的特点很大程度上限制了汽车工业中花键轴零件产品性能和生产效率的提高。
发明内容
为解决上述背景技术中存在的问题，本发明提出一种花键轴的径向锻应变诱发半固态滚扎成形工艺，该方法为整体成形、材料利用率高，成形件的边缘位置为细小近球状微观组织，且内部的径向锻造纤维状金属流线完整，力学性能更好。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种花键轴的径向锻应变诱发半固态滚扎成形工艺，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)对棒料进行冷态径向锻造塑性变形
1.1)利用四锤头对称式径向锻造设备对棒料进行径向锻造塑性变形，获得冷锻棒料，且保证该冷锻棒料的断面收缩率达到60％及以上；
1.2)对冷态径向锻造塑性变形后的冷锻棒料进行下料切割，获得成形花键轴用冷锻棒料；
2)对成形花键轴用冷锻棒料进行半固态滚扎成形
2.1)利用加热装置对成形花键轴用冷锻棒料进行半固态等温处理，以获得外侧具有细小近球状微观组织内部具有径向锻造纤维状微观组织的固态半固态复合材料；
2.2)使固态半固态复合材料水平进给，同时控制花键轴滚扎装置内的第一滚扎模具、第二滚扎模具及第三滚扎模具同步旋转对固态半固态复合材料进行轧制，获得边缘位置具有细小近球状微观组织、中心位置为径向锻造纤维细晶状微观组织的花键轴制件。
进一步地，上述步骤1)中，所述棒料为商用6061铝合金棒料。
进一步地，上述步骤1.1)中，所述四锤头对称式径向锻造设备包括第一锤头、第二锤头、第三锤头及第四锤头。
进一步地，上述步骤2.1)中，所述加热装置为中频感应加热装置。
进一步地，上述步骤2.1)中，采用中频感应加热装置对成形花键轴用冷锻棒料进行保温温度为625～630℃且保温时间为1～5min的半固态等温处理。
进一步地，上述步骤2.2)中，利用推杆机构、顶杆机构顶在固态半固态复合材料的两端，通过推杆机构、顶杆机构来使固态半固态复合材料实现水平进给。
本发明的优点：
(1)与传统花键轴零件广泛采用的切削工艺存在机械性能降低、浪费材料、生产效率低等现状相比，本发明为整体成形、材料利用率高、成形件的边缘位置为细小近球状微观组织、且内部的径向锻造纤维状金属流线完整、力学性能更好；
(2)本发明成形花键轴采用的径向锻应变诱发半固态滚扎成形工艺具有成形力小、对设备吨位要求低、成形效率高的优点；
(3)本发明径向锻应变诱发半固态滚扎成形工艺制造的花键轴具有微观组织晶粒细小，分布均匀的优点，且不存在缩松、气孔等缺陷；
(4)本发明从商用铝合金6061棒料出发，先对商用铝合金6061棒料进行室温冷态径向锻造塑性变形并切割下料，再对切割下料后的成形花键轴用6061铝合金冷锻棒料进行半固态等温处理，最后控制推杆机构、第一滚扎模具、第二滚扎模具第三滚扎模具及顶杆机构的相互作用即可实现对花键轴的径向锻应变诱发半固态滚扎成形，整个工艺过程简单、操作容易、易于实现自动化。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图；
图2为本发明花键轴滚扎装置24的结构示意图；
图3为本发明花键轴的半固态滚扎成形阶段2即将完成时的工艺示意图。
图中标号说明：
1、铝合金棒料室温冷态径向锻造塑性变形阶段，111、第一锤头，112、第二锤头，113、第三锤头，114、第四锤头，11、四锤头对称式径向锻造设备，12、商用6061铝合金棒料，13、6061铝合金冷锻棒料，14、成形花键轴用6061铝合金冷锻棒料，2、花键轴的半固态滚扎成形阶段，21、中频感应加热装置，22、6061铝合金固态半固态复合材料，23、推杆机构，24、花键轴滚扎装置，241、第一滚扎模具，242、第二滚扎模具，243、第三滚扎模具，25、顶杆机构，26、花键轴制件。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
参照图1、图2及图3，一种花键轴的径向锻应变诱发半固态滚扎成形工艺，具体包括以下步骤：
1)铝合金棒料室温冷态径向锻造塑性变形阶段1。
首先，在室温条件下采用具有第一锤头111、第二锤头112、第三锤头113及第四锤头114的四锤头对称式径向锻造设备11对商用6061铝合金棒料12进行径向锻造塑性变形，获得6061铝合金冷锻棒料13且保证该6061铝合金冷锻棒料13的断面收缩率达到60％及以上；
接着，对冷态径向锻造塑性变形后的6061铝合金冷锻棒料13进行下料切割获得成形花键轴用6061铝合金冷锻棒料14。
2)花键轴的半固态滚扎成形阶段2。
首先，将成形花键轴用6061铝合金冷锻棒料14放入中频感应加热装置21内部；
接着，采用中频感应加热装置21对成形花键轴用6061铝合金冷锻棒料14进行保温温度为625～630℃且保温时间为1～5min的半固态等温处理，以获得外侧具有细小近球状微观组织内部具有径向锻造纤维状微观组织的6061铝合金固态半固态复合材料22；
随后，采用推杆机构23推动6061铝合金固态半固态复合材料22水平进给，同时控制花键轴滚扎装置24内的第一滚扎模具241、第二滚扎模具242及第三滚扎模具243同步旋转，另外控制顶杆机构25与6061铝合金固态半固态复合材料22接触，在推杆机构23前进的同时顶杆机构25向后倒退；
最后，在推杆机构23对6061铝合金固态半固态复合材料22产生水平推进的作用效果下，6061铝合金固态半固态复合材料22被第一滚扎模具241、第二滚扎模具242及第三滚扎模具243轧制后即可获得边缘位置具有细小近球状微观组织、中心位置为径向锻造纤维细晶状微观组织的花键轴制件26。
以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种花键轴的径向锻应变诱发半固态滚扎成形工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)对棒料进行冷态径向锻造塑性变形
1.1)利用四锤头对称式径向锻造设备对棒料进行径向锻造塑性变形，获得冷锻棒料，且保证该冷锻棒料的断面收缩率达到60％及以上；
1.2)对冷态径向锻造塑性变形后的冷锻棒料进行下料切割，获得成形花键轴用冷锻棒料；
2)对成形花键轴用冷锻棒料进行半固态滚扎成形
2.1)利用加热装置对成形花键轴用冷锻棒料进行半固态等温处理，以获得外侧具有细小近球状微观组织内部具有径向锻造纤维状微观组织的固态半固态复合材料；
2.2)使固态半固态复合材料水平进给，同时控制花键轴滚扎装置内的第一滚扎模具、第二滚扎模具及第三滚扎模具同步旋转对固态半固态复合材料进行轧制，获得边缘位置具有细小近球状微观组织、中心位置为径向锻造纤维细晶状微观组织的花键轴制件。
2.根据权利要求1所述的一种花键轴的径向锻应变诱发半固态滚扎成形工艺，其特征在于：
步骤1)中，所述棒料为商用6061铝合金棒料。
3.根据权利要求1或2所述的一种花键轴的径向锻应变诱发半固态滚扎成形工艺，其特征在于：
步骤1.1)中，所述四锤头对称式径向锻造设备包括第一锤头、第二锤头、第三锤头及第四锤头。
4.根据权利要求2所述的一种花键轴的径向锻应变诱发半固态滚扎成形工艺，其特征在于：
步骤2.1)中，所述加热装置为中频感应加热装置。
5.根据权利要求4所述的一种花键轴的径向锻应变诱发半固态滚扎成形工艺，其特征在于：
步骤2.1)中，采用中频感应加热装置对成形花键轴用冷锻棒料进行保温温度为625～630℃且保温时间为1～5min的半固态等温处理。
6.根据权利要求1所述的一种花键轴的径向锻应变诱发半固态滚扎成形工艺，其特征在于：
步骤2.2)中，利用推杆机构、顶杆机构顶在固态半固态复合材料的两端，通过推杆机构、顶杆机构来使固态半固态复合材料实现水平进给。
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