CN113458171A - 一种驻车齿齿形与内花键同步挤压成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种驻车齿齿形与内花键同步挤压成型方法，包括依次下料、锻造、正火、粗车、第一次抛丸、润滑、冷挤压、精车、渗碳淬火工序以及第二次抛丸的工序，其中冷挤压工序在冷挤压模具内常温挤压，冷挤压模具包括上模和下模，上模底部呈环形结构，上模底部周侧设有一圈矩形齿，凸模周侧设有一圈外花键，下模内圈侧壁上设有一圈与矩形齿相对应的矩形齿槽，上模底部、矩形齿槽以及外花键组合形成加工预制毛坯的型腔，使用时，将润滑后的预制毛坯放置在下模上，再将预制毛坯初加工的矩形齿放置在矩形齿槽内，其内孔对应放置在凸模上，使用上模对矩形齿槽内的预制毛坯产生挤压，同时完成矩形齿的精整挤压及内花键的冷挤压成型。
Description
技术领域
本发明涉及汽车零部件加工的技术领域，具体涉及一种驻车齿齿形与内花键同步挤压成型方法。
背景技术
目前的纯电动或者混合动力新能源汽车，均设置有电驱动动力总成，电驱动动力总成包括电机和减速器，电机的输出轴(或转轴)和减速器的输入轴连接传递力矩。
现有的减速器中，有的设置驻车齿轮用于车辆停止时刹车以防止溜车(P档)，驻车齿轮被锁止时可以阻止传动部分转动。驻车齿轮一般布置在中间轴或者输出差速器上，其承受很大的扭矩及冲击载荷，一旦出现齿面点蚀或齿根裂纹故障时将导致严重的后果，因此针对驻车齿的材料开发、制造工艺、齿轮检测及台架测试都非常严格。
而驻车齿一般采用热锻工艺制成预制毛坯，如图1所示，等温正火后精车，采用滚齿加工驻车齿的外圆矩形齿槽，再经过拉销花键，最后经渗碳淬火后磨削齿形；齿轮精度达到6级精度，因此加工成本较高，现目前采用冷挤压或冷精整的工艺替代滚齿工艺可以较大幅度降低齿轮加工成本，但是，还存在以下技术问题：
1、由于现有技术中的驻车齿的加工工艺中采用滚齿对驻车齿的外圆矩形齿槽进行加工，然后在对驻车齿的内花键进行加工，因此，需要两个工序完成驻车齿的成型加工，这样，就容易导致加工周期长，加工效率低；
2、即使将现有技术中的滚齿加工驻车齿的外圆矩形齿槽更换为采用冷挤压方式对外圆矩形齿槽加工，但，依旧需要单独对驻车齿进行定位，并对驻车齿内圆进行拉销花键，这样也容易造成驻车齿拉销花键的中轴线与外圆矩形齿槽的中轴线不处于同轴上，容易导致驻车齿不合格。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种通过冷挤压同时加工驻车齿的外圆矩形齿槽以及内花键的驻车齿齿形与内花键同步挤压成型方法。
解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种驻车齿齿形与内花键同步挤压成型方法，包括依次的下料、锻造、正火、粗车、第一次抛丸、润滑、冷挤压、精车、渗碳淬火工序以及第二次抛丸的工序，其中冷挤压工序在冷挤压模具内常温挤压，所述冷挤压模具包括上模和下模，所述上模底部呈环形结构，所述上模底部周侧设有一圈矩形齿，所述下模中心设有凸模，凸模与上模底部设置的内凹腔对应；所述凸模周侧设有一圈外花键，所述下模内圈侧壁上设有一圈与矩形齿相对应的矩形齿槽，所述上模底部、矩形齿槽以及外花键组合形成加工预制毛坯的型腔，使用时，将润滑后的预制毛坯放置在下模上，再将预制毛坯初加工的矩形齿放置在矩形齿槽内，其内孔对应放置在凸模上，使用上模对矩形齿槽以及型腔内的预制毛坯产生挤压，同时完成矩形齿的精整挤压及内花键的冷挤压成型。
本方案通过冷挤压模具同时实现对热锻成形的预制毛坯矩形齿和内花键的冷挤压成型，相比现有技术的驻车齿挤压成型工艺中通过滚齿对驻车齿外圆进行加工矩形齿后，再对驻车齿内孔进行拉销花键的两个工序来说，本方案只需要一个工序，既可同时完成驻车齿的矩形齿和内花键的加工；同时，在现有技术中还需要反复对预制毛坯进行夹持定位，而本方案通过下模内的型腔与凸模相配合，一次性完成对预制毛坯的定位，这样就能够保证预制毛坯在挤压时，驻车齿内孔的中轴线与预制毛坯的中轴线处于同一轴线上，保证同轴度一致。
进一步，在冷挤压后进行精车，车削预制毛坯端面，预制毛坯形成的矩形齿齿形倒角去毛刺。这样设计，通过冷挤压形成的预制毛坯外圆形成一圈矩形齿，对矩形齿齿形倒角去毛刺，保证预制毛坯形成的驻车齿满足加工要求。
进一步，所述下模底部设有底座，所述底座设有通孔，所述通孔内设有沿其长度方向上下移动且穿过凸模的顶杆，所述顶杆顶部设有多个与预制毛坯底部相抵的背压块，在预制毛坯受压后，通过背压块对预制毛坯下表面挤压形成驻车齿端面的基面。
本方案通过在顶杆施加向上的支撑力，通过顶杆顶部的背压块实现对预制毛坯挤压形成驻车齿端面的基面，这样，就能够保证矩形齿的基面与内花键的基面一致，同时，也避免在上模挤压时，导致预制毛坯受压变形。
进一步，所述顶板包括顶板以及推杆，所述顶板呈圆盘状，所述顶板底部与推杆固定连接，顶部均布有多个穿过凸模的顶出杆，所述顶出杆与背压块一一对应，且所述顶出杆与背压块固定连接。
本方案通过对推杆施加作用力，实现两个功能，第一，当上模对型腔内的预制毛坯施加向下的推力时，通过推杆施加对预制毛坯向上的支撑力，在两个力的作用下，能够保证预制毛坯挤压的稳定性，防止预制毛坯变形；第二，当上模未对型腔内的预制毛坯施加向下的推力时，推杆就会对预制毛坯施加向上的推力，使得冷挤压成型的预制毛坯脱离型腔，方便将预制毛坯取出。
进一步，所述下模与底座之间设有垫板，所述顶出杆穿过垫块与凸模与背压块固定连接。这样设计，通过垫板保证整个冷挤压模具的稳定性环境，保证预制毛坯受力环境的平衡。
进一步，在下料工序中，按照设计要求，锯切原材料坯料至规定的尺寸，以及在锻造工序中，利用工频加热设备将锯切好的坯料加热至950℃±20℃，然后在锻造设备上完成镦粗、冲挤内孔形成杯状坯料，锻后坯料置于坯料保温桶内以保存锻件余热。
进一步，在正火工序中，将热锻坯置于井式炉内，在加热时，通过预抽真空、通入氮气同时滴加甲醇除氧实现在此保护气氛下完成锻坯的球化退火处理，使坯料硬度降至≤140HB。
进一步，在完成正火工序后，对杯状坯料进行粗车，在开式压力机上完成冲孔形成预制毛坯；再进行第一次抛丸，将预制毛坯经喷丸处理去除氧化皮，对预制毛坯的内孔及端面进行车削加工后再进行浸润高分子润滑剂处理，风干后以备挤压。
进一步，挤压完成热前机加工后，在渗碳淬火处理，强渗阶段控制碳势1%、扩散阶段控制碳势0.8%，淬火后零件表面硬度、心部硬度、渗层深度、晶粒度达到技术要求，第二次抛丸后齿面直接达到设计要求。
相比现有技术，本发明具有如下优点：
1、本方案采用冷挤压的方法同时锻出驻车齿的外圆矩形齿以及驻车齿内孔的内花键，比热锻尺寸精度高，氧化少，金属内在组织好，晶粒更细化，避免粗晶、混晶等不良组织，同时，由于驻车齿的外圆矩形齿与内花键在冷挤压模具内一次性定位，能够提高两者的同轴度，同时也提高外圆矩形齿端面与内花键齿面端面的垂直度。
2、本方案通过驻车齿的外圆矩形齿以及驻车齿内孔的内花键同步进行，这样，能够能够缩短制造时间，降低零件的废品率，降低制造成本。
3、本方案冷挤压外圆矩形齿与内花键齿形，齿形的变形量小，这样更容易达到齿形精度，尺寸稳定；模具寿命非常高。
4、本方案通过对原料料段进行第一次抛丸后，润滑后对预制毛坯进行冷挤压，同时得到驻车齿的外圆矩形齿和内孔内花键，后续再对坯料进行精车，缩短的整个加工工序，同时，进行冷挤压成型，能有效消除料段内部的应力，显著提高冷挤压成型后齿轮的各项机械性能指标。
附图说明
图1为驻车齿加工工艺的现有技术的工艺流程图；
图2为本发明驻车齿齿形与内花键同步挤压成型方法的工艺流程图；
图3为本发明驻车齿齿形与内花键同步挤压成型方法中冷挤压模具的结构示意图。
图中：上模1、下模2、型腔3、矩形齿4、凸模5、外花键6、底座7、通孔8、背压块9、顶出杆10、顶板11、推杆12、垫板13、预制毛坯14。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作其中说明。
本实施例：参见图2-图3，一种驻车齿齿形与内花键同步挤压成型方法，包括依次的下料、锻造、正火、粗车、第一次抛丸、润滑、冷挤压、精车、渗碳淬火工序以及第二次抛丸的工序，其中冷挤压工序在冷挤压模具内常温挤压，冷挤压模具包括上模1和下模2，上模1底部呈环形结构，上模1底部周侧设有一圈矩形齿4，下模2中心设有凸模5，凸模5周侧设有一圈外花键6，下模2内圈侧壁上设有一圈与矩形齿4相对应的矩形齿槽，上模1下表面、矩形齿槽4以及外花键6组合形成加工预制毛坯14的型腔3，使用时，将润滑后的预制毛坯14放置在型腔3内，再将预制毛坯初加工的矩形齿放置在矩形齿槽内，其内孔对应放置在凸模5上，使用上模1对矩形齿槽以及型腔3内的预制毛坯14产生挤压，同时完成矩形齿的精整挤压及内花键的冷挤压成型，挤压过程为连续挤压形式。
本方案通过冷挤压模具同时实现对热锻成形的预制毛坯14的矩形齿槽4和内花键的冷挤压成型，相比现有技术的驻车齿挤压成型工艺中通过滚齿对驻车齿外圆进行加工矩形齿槽4后，再对驻车齿内孔进行拉销花键的两个工序来说，本方案只需要一个工序，既可同时完成驻车齿的矩形齿槽4和内花键的加工；同时，在现有技术中还需要反复对预制毛坯14进行夹持定位，而本方案通过下模2内的型腔3与凸模5相配合，一次性完成对预制毛坯14的定位，这样就能够保证预制毛坯14在挤压时，驻车齿内孔的中轴线与预制毛坯14的中轴线处于同一轴线上，保证同轴度一致。
作为优选，所述凸模5呈倒T字型，所述凸模5顶部设有定位块，所述定位块的直径小于所述凸模5的直径。这样设计，将预制毛坯14放置在凸模5上时，通过定位块与型腔3相配合，实现对预制毛坯14的定位；同时，利用定位块的直径小于凸模5的直径，实现在预制毛坯14受压时，沿凸模5向下移动，实现对预制毛坯14内孔加工形成内花键。
作为优选，在冷挤压后进行精车，车削预制毛坯14端面，矩形齿槽4齿形倒角去毛刺。这样设计，通过冷挤压形成的预制毛坯14外圆形成一圈矩形齿槽4，对矩形齿槽4齿形倒角去毛刺，保证预制毛坯14形成的驻车齿满足加工要求。
作为优选，下模2底部设有底座7，底座7设有通孔8，通孔8内设有沿其长度方向上下移动且穿过凸模5的顶杆，顶杆顶部设有多个与预制毛坯14底部相抵的背压块9，在预制毛坯14受压后，通过背压块9对预制毛坯14下表面挤压形成驻车齿端面的基面。
本方案通过在顶杆施加向上的支撑力，通过顶杆顶部的背压块9实现对预制毛坯14挤压形成驻车齿端面的基面，这样，就能够保证矩形齿槽4的基面与内花键的基面一致，同时，也避免在上模1挤压时，导致预制毛坯14受压变形。
作为优选，上模1下表面呈台阶状，背压块9上表面呈倒台阶状，使用时，上模1下表面与背压块9上表面相配合挤压驻车齿端面。
本方案通过上模1向下挤压预制毛坯14时，预制毛坯14下表面与背压块9相抵，预制毛坯14上表面与上模1下表面相抵，随着上模1对预制毛坯14施加的作用力，使得预制毛坯14纵截面呈台阶状。
作为优选，顶板11包括顶板11以及推杆12，顶板11呈圆盘状，顶板11底部与推杆12固定连接，顶部均布有多个穿过凸模5的顶出杆10，顶出杆10与背压块9一一对应，且顶出杆10与背压块9固定连接。
本方案通过对推杆12施加作用力，实现两个功能，第一，当上模1对型腔3内的预制毛坯14施加向下的推力时，通过推杆12施加对预制毛坯14向上的支撑力，在两个力的作用下，能够保证预制毛坯14挤压的稳定性，防止预制毛坯14变形；第二，当上模1未对型腔3内的预制毛坯14施加向下的推力时，推杆12就会对预制毛坯14施加向上的推力，使得冷挤压成型的预制毛坯14脱离型腔3，方便将预制毛坯14取出。
作为优选，下模2与底座7之间设有垫板13，顶出杆10穿过垫块与凸模5与背压块9固定连接。这样设计，通过垫板13保证整个冷挤压模具的稳定性环境，保证预制毛坯14受力环境的平衡。
作为优选，在下料工序中，按照设计要求，锯切原材料坯料至规定的尺寸，以及在锻造工序中，利用工频加热设备将锯切好的坯料加热至950℃±20℃，然后在锻造设备上完成镦粗、冲挤内孔形成杯状坯料，锻后坯料置于坯料保温桶内以保存锻件余热。
作为优选，在正火工序中，将热锻坯置于井式炉内，在加热时，通过预抽真空、通入氮气同时滴加甲醇除氧实现在此保护气氛下完成锻坯的球化退火处理，使坯料硬度降至≤140HB。
作为优选，在完成正火工序后，对杯状坯料进行粗车，在开式压力机上完成冲孔形成预制毛坯14；再进行第一次抛丸，将预制毛坯14经喷丸处理去除氧化皮，对预制毛坯14的内孔及端面进行车削加工后再进行浸润高分子润滑剂处理，风干后以备挤压。
作为优选，挤压完成热前机加工后，在渗碳淬火处理，强渗阶段控制碳势1%、扩散阶段控制碳势0.8%，淬火后零件表面硬度、心部硬度、渗层深度、晶粒度达到技术要求，第二次抛丸后齿面直接达到设计要求。
1、本方案采用冷挤压的方法同时锻出驻车齿的外圆矩形齿槽4以及驻车齿内孔的内花键，比热锻尺寸精度高，氧化少，金属内在组织好，晶粒更细化，避免粗晶、混晶等不良组织，同时，由于驻车齿的外圆矩形齿槽4与内花键在冷挤压模具内一次性定位，能够提高两者的同轴度，同时也提高外圆矩形齿槽4端面与内花键齿面端面的垂直度。
2、本方案通过驻车齿的外圆矩形齿槽4以及驻车齿内孔的内花键同步进行，这样，能够能够缩短制造时间，降低零件的废品率，降低制造成本。
3、本方案冷挤压外圆矩形齿槽4与内花键齿形，齿形的变形量小，这样更容易达到齿形精度，尺寸稳定；模具寿命非常高。
4、本方案通过对原料料段进行第一次抛丸后，润滑后对预制毛坯14进行冷挤压，同时得到驻车齿的外圆矩形齿槽4和内孔内花键，后续再对坯料进行精车，缩短的整个加工工序，同时，进行冷挤压成型，能有效消除料段内部的应力，显著提高冷挤压成型后齿轮的各项机械性能指标。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种驻车齿齿形与内花键同步挤压成型方法，其特征在于，所述方法包括依次的下料、锻造、正火、粗车、第一次抛丸、润滑、冷挤压、精车、渗碳淬火工序以及第二次抛丸的工序，其中冷挤压工序在冷挤压模具内常温挤压，所述冷挤压模具包括上模（1）和下模（2），所述上模（1）底部呈环形结构，所述上模（1）底部周侧设有一圈矩形齿（4），所述下模（2）中心设有凸模（5），凸模（5）与上模（1）底部设置的内凹腔对应；所述凸模（5）周侧设有一圈外花键（6），所述下模（2）内圈侧壁上设有一圈与矩形齿（4）相对应的矩形齿槽，所述上模（1）底部、矩形齿槽（4）以及外花键（6）组合形成加工预制毛坯（14）的型腔（3），使用时，将润滑后的预制毛坯（14）放置在型腔（3）内，再将预制毛坯初加工的矩形齿放置在矩形齿槽内，其内孔对应放置在凸模（5）上，使用上模（1）对矩形齿槽以及型腔（3）内的预制毛坯（14）产生挤压，同时完成驻车齿矩形齿的精整挤压及内花键的冷挤压成型。
2.根据权利要求1所述的驻车齿齿形与内花键同步挤压成型方法，其特征在于，在冷挤压后进行精车，车削预制毛坯（14）端面，预制毛坯（14）形成的矩形齿槽齿形倒角去毛刺。
3.根据权利要求1-2任一项所述的驻车齿齿形与内花键同步挤压成型方法，其特征在于，所述下模（2）底部设有底座（7），所述底座（7）设有通孔（8），所述通孔（8）内设有沿其长度方向上下移动且穿过凸模（5）的顶杆，所述顶杆顶部设有多个与预制毛坯（14）底部相抵的背压块（9），在预制毛坯（14）受压后，通过背压块（9）对预制毛坯（14）下表面挤压形成驻车齿端面的基面。
4.根据权利要求3所述的驻车齿齿形与内花键同步挤压成型方法，其特征在于，所述顶板（11）包括顶板（11）以及推杆（12），所述顶板（11）呈圆盘状，所述顶板（11）底部与推杆（12）固定连接，顶部均布有多个穿过凸模（5）的顶出杆（10），所述顶出杆（10）与背压块（9）一一对应，且所述顶出杆（10）与背压块（9）固定连接。
5.根据权利要求4所述的驻车齿齿形与内花键同步挤压成型方法，其特征在于，所述下模（2）与底座（7）之间设有垫板（13），所述顶出杆（10）穿过垫块与凸模（5）与背压块（9）固定连接。
6.根据权利要求1所述的驻车齿齿形与内花键同步挤压成型方法，其特征在于，在下料工序中，按照设计要求，锯切原材料坯料至规定的尺寸，以及在锻造工序中，利用工频加热设备将锯切好的坯料加热至950℃±20℃，然后在锻造设备上完成镦粗、冲挤内孔形成杯状坯料，锻后坯料置于坯料保温桶内以保存锻件余热。
7.根据权利要求1所述的驻车齿齿形与内花键同步挤压成型方法，其特征在于，在正火工序中，将热锻坯置于井式炉内，在加热时，通过预抽真空、通入氮气同时滴加甲醇除氧实现在此保护气氛下完成锻坯的球化退火处理，使坯料硬度降至≤140HB。
8.根据权利要求1所述的驻车齿齿形与内花键同步挤压成型方法，其特征在于，在完成正火工序后，对杯状坯料进行粗车，在开式压力机上完成冲孔形成预制毛坯（14）；再进行第一次抛丸，将预制毛坯（14）经喷丸处理去除氧化皮，对预制毛坯（14）的内孔及端面进行车削加工后再进行浸润高分子润滑剂处理，风干后以备挤压。
9.根据权利要求1所述的驻车齿齿形与内花键同步挤压成型方法，其特征在于，挤压完成热前机加工后，在渗碳淬火处理，强渗阶段控制碳势1%、扩散阶段控制碳势0.8%，淬火后零件表面硬度、心部硬度、渗层深度、晶粒度达到技术要求，第二次抛丸后齿面直接达到设计要求。
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