CN112658182A

CN112658182A - 一种带齿脱水轴的冷镦成型工艺

Info

Publication number: CN112658182A
Application number: CN202110006598.5A
Authority: CN
Inventors: 陈明华
Original assignee: Ningbo Zhenhua Auto Parts Co ltd
Current assignee: Ningbo Zhenhua Auto Parts Co ltd
Priority date: 2020-09-25
Filing date: 2021-01-05
Publication date: 2021-04-16

Abstract

本发明公开了一种带齿脱水轴的冷镦成型工艺，包括以下步骤：切割、整形、冲第一内孔、冲第二内孔、打通内孔、挤压缩口、压制齿轮段。同时配合多个特制的冷镦模具和材料控制，按照给定的冷镦成型工艺对带齿脱水轴进行逐步冷镦加工，最后形成具有齿轮段的脱水轴，不再使用车床或是CNC进行加工，保证脱水轴自身强度的情况下，缩短了生产周期，提高了生产效率，材料利用率大大提高，明显降低了生产成本。

Description

一种带齿脱水轴的冷镦成型工艺

技术领域

本发明涉及金属机械配件的加工领域，尤其是一种带齿脱水轴的冷镦成型工艺。

背景技术

轴是穿在轴承中间或车轮中间或齿轮中间的圆柱形物件，但也有少部分是方型的。轴是支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。一般为金属圆杆状，各段可以有不同的直径。机器中作回转运动的零件就装在轴上。

洗衣机的离合器的传动系统是一个相对比较复杂的轴系结构，通过多个零件装配而成。对于一些装配尺寸，可能由几个甚至十几个零件尺寸累计而来，而每个零部件都有加工制造误差，这些加工误差累计起来，通常会造成装配尺寸的累计误差较大，影响产品可靠性或根本无法满足装配要求。脱水轴是支撑洗衣机内桶的一种零件，但现有的脱水轴在旋转时由于只是单一的轴在支撑旋转，在旋转过快的情况下就会出现倾斜不稳的现象，导致内桶也出现倾斜现象，降低了脱水轴的实用性，降低了脱水轴的使用寿命。因此，脱水轴自身的精度和其安装配合精度，将极大地影响其使用寿命和效果。

目前，传统的洗衣机脱水轴加工过程中，孔的加工一般是经过数控车床进行钻孔、镗孔、扩孔等一系列工序完成的，这种加工方法虽然较为简便，却存在着许多缺点及不足：1、生产效率低；2、生产零件精度较差；3、原材料浪费很多。

为了解决上述问题，人们设计出了一种利用液压机挤压成型的加工方法，如中国专利申请号为：201210338779.9，公开了“一种洗衣机脱水轴成型工艺，包括以下步骤：1)预处理：将原材料进行包括车外圆、端面、倒角一系列的加工，以满足冷挤前的工件状态；2)挤出半孔及外圆：将经过预处理的工件通过挤孔模具将一端的孔及外圆挤压成型；3)冷挤坯料：将经过挤孔及外圆的工件通过挤凸肩模具将工件中部的凸肩挤压成形；4) 剩余半孔加工，通过钻床将已挤出的半孔加工成通孔；所述步骤 2中采用YJ32-315G四柱液压机挤压成型；所述步骤3中采用 YJ61-400B 挤压液压机挤压成型。”这个发明专利中的成型工艺，在实际操作中仍然存在一定缺陷：一是预处理步骤中仍然需要用到车床进行加工，因此虽然生产效率和生产零件精度的提升很有限、且原材料仍然会有不少浪费；二是工艺中既涉及到车床加工，也涉及到多种液压机挤压加工，产品在步骤之间的流转、上下料将会耗费大量时间，因此生产效率反而可能下降；三是该工艺只适用于加工表面光滑的脱水轴，无法加工出性能更加出色地带齿脱水轴。

因此，急需一种全新的脱水轴加工成型工艺，以改善现有技术中所存在的缺陷。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种带齿脱水轴的冷镦成型工艺，能够有效提升生产效率和零件精度，同时大大节省原材料和生产成本。

本发明解决其技术问题的技术方案是：一种带齿脱水轴的冷镦成型工艺，包括以下步骤：

步骤一、切割：准备原材料并将原材料切割成长度为L_A1、直径为D_A1的实心的轴状毛坯；

步骤二、整形：将步骤一中的到的轴状毛坯的末端进行第一次冷镦，使得轴状毛坯的后端形成下凹部、轴状毛坯的前端形成凸出部，整形后的轴状毛坯的长度为L_A2、直径为D_A2；

步骤三、冲第一内孔：将步骤二中整形后的轴状毛坯放入至第二冷镦模具中进行第二次冷镦，使得轴状毛坯的前端成型出第一内孔，第一内孔的长度为L_B1、直径为D_B1，此时轴状毛坯的长度为L_A3、直径为D_A3；

步骤四、冲第二内孔：先将步骤三中得到的轴状毛坯换向，再将轴状毛坯放入至第三冷镦模具中进行第三次冷镦，使得轴状毛坯的后端成型出与第一内孔完全一致的第二内孔，第二内孔与第一内孔之间具有隔筋且不互通，此时第二内孔的长度为L_B1、直径为D_B1，轴状毛坯的长度为L_A4、直径为D_A4；

步骤五、打通内孔：将步骤四中得到的轴状毛坯放入至第四冷镦模具中，接着进行第四次冷镦，从而将第一内孔和第二内孔之间的隔筋冲断形成完整的通孔，使得第一内孔与第二内孔相通，并将废料排出，此时通孔的长度为L_A4、直径为D_B1，轴状毛坯的长度为L_A4、直径为D_A4；

步骤六、挤压缩口：将步骤五中得到的轴状毛坯放入至第四冷镦模具中，并在通孔中插入第一定芯模棒，接着进行第五次冷镦，使得轴状毛坯的后端形成缩口段，所述的缩口段与轴状毛坯的外壁通过斜面段过渡，所述斜面段的倾斜角为α，此时缩口段的长度为L_C1、直径为D_C1，通孔的长度为L_A5、直径为D_B2，轴状毛坯的长度为L_A5、直径为D_A5；

步骤七、压制齿轮段：将步骤六中得到的轴状毛坯放入至第五冷镦模具中，并在通孔中插入第二定芯模棒，接着进行第五次冷镦，在斜面段挤压出齿轮段，该齿轮段齿根圆的长度为L_d1、直径为D_d1，齿顶圆的长度为L_d2、直径为D_d2，所述齿轮段还与所述轴状毛坯的外壁之间通过弧面过渡，所述弧面的倾斜角为β，得到空心的脱水轴成品，此时缩口段的长度为L_C2、直径为D_C2，通孔的长度为L_A6、直径为D_B3，脱水轴成品的长度为L_A6、直径为D_A6。

作为优选，步骤二中，所述下凹部的最大处的直径为D_B4，最小处的直径为D_B5，D_B4＞D_B5，所述下凹部与所述轴状毛坯的后端所形成的圆心角为θ。

作为优选，D_B1+0.2＞D_B4＞D_B1。

作为优选，180°＞θ＞160°。

作为优选，L_A6＞L_A5＞L_A4＞L_A3＞L_A2＞L_A1；D_A5＞D_A4＞D_A3＞D_A2＞D_A1，D_A6= D_A5±0.3，L_A4＞2L_B1，D_B1＞D_B2＞D_B3，L_C1= L_C2±0.5，D_C1= D_C2±0.3，L_d1＞L_d2，D_d2＞D_d1。

作为优选，D_d1=D_C2。

作为优选，20°＞α＞10°，40°＞β＞20°。

作为优选，步骤二中，所述的凸出部与所述轴状毛坯的外壁之间通过圆角γ过渡，该圆角的半径为R，凸出部最小处的直径为D_B6，75°＞γ＞45°。

作为优选，所述的第一定芯模棒和第二定芯模棒的表面镀有金属钛层。

作为优选，所述的原材料为1cr13，原材料硬度为HRB72~88。

本发明的有益效果在于：通过多个特制的冷镦模具和材料控制，按照给定的冷镦成型工艺对带齿脱水轴进行逐步冷镦加工，最后形成具有齿轮段的脱水轴，不再使用车床或是CNC进行加工，保证脱水轴自身强度的情况下，缩短了生产周期，提高了生产效率，材料利用率大大提高，明显降低了生产成本。

附图说明

图1是本发明应用时的产品流程图。

图2是本发明的工艺流程框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

参照图1～图2，一种带齿脱水轴的冷镦成型工艺，包括以下步骤：

步骤一、切割：准备原材料并将原材料切割成长度为L_A1、直径为D_A1的实心的轴状毛坯。优选的，所述的切割环境中充入足量的惰性气体，作为保护气体，以减少切割时原材料和切割工具的受损程度；

步骤二、整形：将步骤一中的到的轴状毛坯的末端进行第一次冷镦（利用第一冷镦模具），使得轴状毛坯的后端形成下凹部（便于成型第二内孔）、轴状毛坯的前端形成凸出部（便于成型第一内孔），整形后的轴状毛坯的长度为L_A2、直径为D_A2；

步骤三、冲第一内孔：将步骤二中整形后的轴状毛坯放入至第二冷镦模具中进行第二次冷镦，使得轴状毛坯的前端成型出第一内孔，第一内孔的长度为L_B1、直径为D_B1，此时轴状毛坯的长度为L_A3、直径为D_A3，此步骤三中，由于轴状毛坯冲出了第一内孔，因此相应的原材料在第二冷镦模具的配合下会使得轴状毛坯的整体长度大大提升，且不会产生废料；

步骤四、冲第二内孔：先将步骤三中得到的轴状毛坯换向，再将轴状毛坯放入至第三冷镦模具中进行第三次冷镦，使得轴状毛坯的后端成型出与第一内孔完全一致的第二内孔，第二内孔与第一内孔之间具有隔筋且不互通，此时第二内孔的长度为L_B1、直径为D_B1，轴状毛坯的长度为L_A4、直径为D_A4，此步骤四中，由于轴状毛坯冲出了第二内孔，因此相应的原材料在第三冷镦模具的配合下会使得轴状毛坯的整体长度再一次提升，且不会产生废料；

步骤三和步骤四中，第一内孔和第二内孔的尺寸最好保持一致，这种尺寸设置是使得在下一步打通时，相互之间的受力更加均匀，以减少产生不必要的变形而导致产品报废的情况发生。

步骤五、打通内孔：将步骤四中得到的轴状毛坯放入至第四冷镦模具中，接着进行第四次冷镦，从而将第一内孔和第二内孔之间的隔筋冲断形成完整的通孔，使得第一内孔与第二内孔相通，并将废料（少量）排出，此时通孔的长度为L_A4、直径为D_B1，轴状毛坯的长度为L_A4、直径为D_A4，该步骤五中的要点，一是成型通孔的作用，二是保持轴状毛坯整体尺寸的温度；

步骤六、挤压缩口：将步骤五中得到的轴状毛坯放入至第四冷镦模具中，并在通孔中插入第一定芯模棒，接着进行第五次冷镦，使得轴状毛坯的后端形成缩口段，所述的缩口段与轴状毛坯的外壁通过斜面段过渡，所述斜面段的倾斜角为α，此时缩口段的长度为L_C1、直径为D_C1，通孔的长度为L_A5、直径为D_B2，轴状毛坯的长度为L_A5、直径为D_A5。成型缩口的目的，一是为了满足脱水轴使用时，与其配合的部件套入，二是便于步骤七中更加轻松地成型出完整无缺的齿轮段；

步骤六和步骤七中，第一定芯模棒、第二定芯模棒的设置不可或缺，否则轴状毛坯受力会向通孔内方向溃缩而导致整个产品报废。

优选的，在步骤七中，提供一密闭腔体，利用真空泵将密封腔体抽成真空环境，然后使得压制齿轮段的操作能够在该真空环境中进行；若无法提供出真空环境，可在密闭腔体中充入惰性气体。由于齿轮段中的齿面较薄，而冷镦挤压的方式冲击力较大，容易在冷镦时造成齿面受损使得产品报废；因此采用上述优选方案，以尽量减少外部环境不稳定对冷镦挤压操作的影响，提供足够稳定的工况，从而提高成品合格率。

本发明中，第一冷镦模具、第二冷镦模具、第三冷镦模具、第四冷镦模具、第五冷镦模具均与其各自操作步骤中轴状毛坯的目标形状和尺寸相适配。

步骤二中，所述下凹部的最大处的直径为D_B4，最小处的直径为D_B5，D_B4＞D_B5，所述下凹部与所述轴状毛坯的后端所形成的圆心角为θ。其中，对圆心角θ的范围进行优选限定，即180°＞θ＞160°，该设置既便于定位冲出第二内孔，也利于加工过程中减少材料的损耗。

本发明中，根据加工情况，对于各个尺寸进行了一定的限定，以便于在加工过程中能够及时将不达标尺寸的轴状毛坯剔除，已提升加工效率，具体为：D_B1+0.2＞D_B4＞D_B1，L_A6＞L_A5＞L_A4＞L_A3＞L_A2＞L_A1；D_A5＞D_A4＞D_A3＞D_A2＞D_A1，D_A6= D_A5±0.3，L_A4＞2L_B1，D_B1＞D_B2＞D_B3，L_C1= L_C2±0.5，D_C1= D_C2±0.3，L_d1＞L_d2，D_d2＞D_d1。实际的尺寸，在后续实施例中再辅以说明。

为了进一步减少材料的损耗，设计时，令D_d1=D_C2。

本发明中，所述斜面段的倾斜角为α，所述弧面的倾斜角为β，优选的，20°＞α＞10°，40°＞β＞20°。采用本优选方案中对于倾斜角α、倾斜角β的角度大小的限定范围，以便于后期步骤中在缩口段处更加顺畅、无损、稳定地压制出齿轮段。

本实施例中，步骤二中，所述的凸出部与所述轴状毛坯的外壁之间通过圆角γ过渡，该圆角的半径为R，凸出部最小处的直径为D_B6，75°＞γ＞45°。采用本实施例的方案，使得轴状毛坯在整形成非规则的轴状体，目的是为了在下一步骤中利于第二冷镦模具进行定位，以防止冷镦过程中轴状毛坯过于松垮而导致第一内孔的尺寸偏差过大。

冷镦模具中的相关配件，一般都是采用的碳素工具钢和合金工具钢，冷镦过程中，力量一般是从模具传递至产品上使产品受压变形，这种情况下，一般的碳素工具钢和合金工具钢就可以满足使用需求。但是在本发明的工艺步骤六和步骤七中，既要使用到挤压产品用的冷镦模具，还要保证在冷镦挤压过程中，控制好已经形成的通孔的形状和尺寸，因此需要在通孔中加入定芯模棒，然后使用时，定芯模棒并不会主动向产品传递力量，而是需要去承受产品中所传递过来的冲击力。那么，根据实际情况，对于定芯模棒至少有以下几点特殊要求：1、通孔的尺寸和形状在冷镦过程中几乎不会变动或是发生细微变动，因此定芯模棒需要有很好的稳定性和抗冲击力；2、使用过程中，会涉及到冷却液等杂质，因此需要足够的耐腐蚀性；3、需要能够顺利插入至通孔中且与通孔之间不能有过大的间隙，以保证尺寸精度；4、若是受力变形了，需要有恢复力，以满足长时间的反复使用；5、需要足够的耐磨损性能。为了满足以上苛刻的各项要求，本实施例中对现有的定芯模棒进行改进，即所述的第一定芯模棒和第二定芯模棒采用高速钢为主体材料，并在第一定芯模棒和第二定芯模棒的表面镀有金属钛层。钛是一种外观似钢，具有银灰光泽，是一种过渡金属，强度大，密度小，硬度大，熔点高，抗腐蚀性很强，具有很高的机械强度。最重要的是，钛合金，被成为“记忆合金”。这种合金制成预先确定的形状,再经定型处理后，若受外力变形，只要稍微加热便可恢复原来的面貌。因此，本发明中的定芯模棒采用工具钢为主体，工具钢的表面镀上金属钛层，在使用时由于其特性能够轻微变形以确保其插入至通孔中，插入后与产品不会存在过大的间隙，以提高生产精度，冷镦后取出，又可以恢复到原来的形态，从而能够长时间反复使用，且能够有效保证产品的尺寸精度，并且其它性能也能够满足使用需求。

优选的，第一定芯模棒的长度大于步骤六中通孔的长度为L_A5、第一定芯模棒的直径等于步骤六中通孔的直径为D_B2；第二定芯模棒的长度大于步骤七中通孔的长度为L_A6、第二定芯模棒的直径等于步骤七中通孔的直径为D_B3。

本发明中，脱水轴所采用的原材料优选为为1cr13，又称410不锈钢材料，为马氏体不锈钢，淬透性好它具有较高的硬度，韧性，较好的耐腐性，热强性和冷变形性能，减震性也很好。因此，由1cr13制成的脱水轴能够很好地适应洗衣机内高频振动且潮湿的复杂工况。另外，由于本发明涉及到的工艺全程为冷镦挤压操作，因此对于原材料的硬度有较为严格的限定，若硬度数值过小，则不容易定型，且使用时容易变形导致无法正常运转；若硬度数值过大，则不利于加工整形，且会加大设备、模具的损耗。根据大量的测试计算，本发明中所采用的1cr13原材料的硬度为HRB72~88，冷镦挤压后的成品脱水轴的硬度较冷镦挤压前的原材料硬度数值稍有增加（一般差值10左右），即冷镦前的原材料硬度数值低，有更好的挤压拉伸性能，改造性更强，冷镦后的成品脱水轴的硬度更大，因此更加坚固可靠。

本发明提供了一种全新的带齿脱水轴的冷镦成型工艺，全程通过冷镦挤压将毛坯制成成品，下面提供一种具体的实施方案：

步骤一、切割：准备原材料并将原材料切割成长度为L_A1=60~72mm、直径为D_A1=29~31mm的实心的轴状毛坯；

步骤二、整形：整形后的轴状毛坯的长度为L_A2=67.5mm、直径为D_A2=30.2mm，其中所述下凹部的最大处的直径为D_B4=17.25mm，最小处的直径为D_B5=9mm，所述下凹部与所述轴状毛坯的后端所形成的圆心角为θ=168°，所述的凸出部与所述轴状毛坯的外壁之间通过圆角γ过渡，该圆角的半径为R=2mm，凸出部最小处的直径为D_B6=25mm，γ=60°；

步骤三、冲第一内孔：第一内孔的长度为L_B1=40.5mm、直径为D_B1=17.25mm，此时轴状毛坯的长度为L_A3=80.3mm、直径为D_A3=30.3mm；

步骤四、冲第二内孔：第二内孔的长度为L_B1=40.5mm、直径为D_B1=17.25mm，轴状毛坯的长度为L_A4=96.65mm、直径为D_A4=30.35mm；

步骤五、打通内孔：通孔的长度为L_A4=96.65mm、直径为D_B1=17.2mm，轴状毛坯的长度为L_A4=96.65mm、直径为D_A4=30.35mm；

步骤六、挤压缩口：所述斜面段的倾斜角为α=15°，此时缩口段的长度为L_C1=15mm、直径为D_C1=25.95mm，通孔的长度为L_A5=100.6mm、直径为D_B2=17.15mm，轴状毛坯的长度为L_A5=100.6mm、直径为D_A5=30.4mm；

步骤七、压制齿轮段：齿轮段齿根圆的长度为L_d1=23mm、直径为D_d1=26mm，齿顶圆的长度为L_d2=19.79mm、直径为D_d2=27.75mm，所述齿轮段还与所述轴状毛坯的外壁之间通过弧面过渡，所述弧面的倾斜角为β=30°，得到空心的脱水轴成品，此时缩口段的长度为L_C2=15mm、直径为D_C2=26mm，通孔的长度为L_A6=105.5mm、直径为D_B3=17mm，脱水轴成品的长度为L_A6=105.5mm、直径为D_A6=30.4mm。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种带齿脱水轴的冷镦成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的带齿脱水轴的冷镦成型工艺，其特征在于：步骤二中，所述下凹部的最大处的直径为D_B4，最小处的直径为D_B5，D_B4＞D_B5，所述下凹部与所述轴状毛坯的后端所形成的圆心角为θ。

3.根据权利要求2所述的带齿脱水轴的冷镦成型工艺，其特征在于：D_B1+0.2＞D_B4＞D_B1。

4.根据权利要求2所述的带齿脱水轴的冷镦成型工艺，其特征在于：180°＞θ＞160°。

5.根据权利要求1所述的带齿脱水轴的冷镦成型工艺，其特征在于：L_A6＞L_A5＞L_A4＞L_A3＞L_A2＞L_A1；D_A5＞D_A4＞D_A3＞D_A2＞D_A1，D_A6= D_A5±0.3（范围故意方法了，标红处相同手法），L_A4＞2L_B1，D_B1＞D_B2＞D_B3，L_C1= L_C2±0.5，D_C1= D_C2±0.3，L_d1＞L_d2，D_d2＞D_d1。

6.根据权利要求1所述的带齿脱水轴的冷镦成型工艺，其特征在于：D_d1=D_C2。

7.根据权利要求1所述的带齿脱水轴的冷镦成型工艺，其特征在于：20°＞α＞10°，40°＞β＞20°。

8.根据权利要求1所述的带齿脱水轴的冷镦成型工艺，其特征在于：步骤二中，所述的凸出部与所述轴状毛坯的外壁之间通过圆角γ过渡，该圆角的半径为R，凸出部最小处的直径为D_B6，75°＞γ＞45°。

9.根据权利要求1所述的带齿脱水轴的冷镦成型工艺，其特征在于：所述的第一定芯模棒和第二定芯模棒的表面镀有金属钛层。

10.根据权利要求1所述的带齿脱水轴的冷镦成型工艺，其特征在于：所述的原材料为1cr13，原材料硬度为HRB72~88。