CN113894169B - 一种在薄壁管上加工小模数细长外花键的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在薄壁管上加工小模数细长外花键的方法，包括以下步骤：S1：下料，选用合适外径的钢管并将其进行加工得到毛坯，使毛坯的总长为设计长度，同时在毛坯的外圆上加工出与外花键等长度的锥度；S2：挤压前处理，对S1中的毛坯做磷化、皂化处理；S3：脉冲挤压设备的确认，将芯棒和模具对应安装在脉冲挤压设备上，并根据需要加工的长度设定加工参数；S4：上料，将S2中处理后的毛坯固定在脉冲挤压设备上；S5：挤压成型，毛坯在模具与芯棒的相互作用下，完成冷挤压。通过本方法加工出来的花键精度更高、挤压过程中挤压阻力小、模具寿命高，无切削加工的方法使得零件强度更高，抗疲劳更好，材料利用率高，本方法工艺简单、可靠、高效。
Description
技术领域
本发明属于外花键加工技术领域，具体涉及一种在薄壁管上加工小模数细长外花键的方法。
背景技术
传统的外花键加工常使用铣齿、拉齿、滚齿等方法，这些方法均为切削加工，需要多次切削，使得加工出的花键精度差，同时还会影响花键强度和抗疲劳性能。铣齿、拉齿的加工效率低下，并且铣刀和拉刀制作难度高，同时需要去除材料，材料利用率低；而滚齿对于薄壁管加工有一定的限制，尤其是薄壁管的滚齿加工，同样也存在滚轮加工难度高、寿命低的问题，此外，滚齿加工椭圆问题难以解决。目前，也有采用液压机挤压的方式，但是存在挤压阻力大、模具寿命低、花键烂齿且一致性差的情形。
发明内容
本发明拟提供一种在薄壁管上加工小模数细长外花键的方法，不需要切削加工，使得加工出的花键抗疲劳，并且材料的利用率高。
为此，本发明所采用的技术方案为：一种在薄壁管上加工小模数细长外花键的方法，包括以下步骤：
S1：下料，选用合适外径的钢管并将其进行加工得到毛坯，使毛坯的总长为设计长度，同时在毛坯上的外圆上加工出与外花键等长度的锥度；
S2：挤压前处理，对S1中的毛坯做磷化、皂化处理；
S3：脉冲挤压设备的确认，将与需要加工出的外花键相匹配的芯棒和模具对应安装在脉冲挤压设备上，并根据需要加工的外花键的长度设定加工参数；
S4：上料，将S2中处理后的毛坯固定在脉冲挤压设备上；
S5：挤压成型，毛坯在模具与芯棒的相互作用下，完成冷挤压。
作为上述方案的优选，所述模具内设置有供毛坯通过的加工孔，所述加工孔上依次设置有导向挤压段、成型保护段、回退导向段，所述导向挤压段的另一端设置有内倒角，导向挤压段为内径逐渐减小，所述成型保护段的内径不变，所述回退导向段的内径增大，所述导向挤压段、成型保护段、回退导向段上均设置有与需要加工的外花键相匹配的内花键，且在内花键上设置有并齿。
进一步优选为，所述并齿的齿厚介于小齿齿厚的1.6倍-1.8倍之间。
进一步优选为，所述芯棒的前端依次设置有毛坯能插入的导向与夹持段、挤压支撑段，所述挤压支撑段的外径大于导向夹持段。
进一步优选为，所述芯棒的直径小于毛坯内径，且间隙为0.1-0.2mm。
进一步优选为，所述模具采用钨钢，所述芯棒采用强度较高的合金钢。
进一步优选为，在S3中当挤压前毛坯的壁厚大于3.0mm时，不需要增加芯棒。
进一步优选为，所述S3中加工参数包括脉冲前进速度和距离、脉冲后退速度和距离、保持时间、芯棒退出速度和花键模具退出速度，其中脉冲前进速度为1400-1600m/min，脉冲后退速度高于脉冲前进速度且差值不超过400m/min，脉冲后退距离设置为脉冲前进距离的50％-70％。
进一步优选为，所述S2中磷化处理时的总酸度40-60，游离酸度2.5-3.5，磷化时间5-6min；皂化处理时，皂化液油度≥2.5，皂化时间4-5min。
本发明的有益效果：本方法在加工外花键时采用无切削加工的方法，使得加工出的零件强度更高，抗疲劳更好，材料利用率高；在下料时先在毛坯的外圆加工一定的锥度，并对其进行磷化和皂化处理，不仅能防止在挤压时材料堆积后大径不均匀，使加工出的花键精度更高，并且还能减少模具在挤压时受到的阻力，从而减少模具的磨损，延长使用寿命；本方法工艺简单、可靠、高效。
附图说明
图1为本发明的步骤示意图。
图2为本发明中毛坯的示意图。
图3为本发明中模具的示意图一。
图4为本发明中模具的示意图二。
图5为本发明中芯棒的示意图。
图6为本发明加工过程前芯棒、模具和毛坯的位置示意图。
图7为本发明中挤压成型后的示意图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
如图1—图7所示，一种在薄壁管上加工小模数细长外花键的方法，主要包括以下步骤：
步骤1：下料，选用合适外径的钢管并将其进行加工得到毛坯，使毛坯的总长为设计长度，使毛坯的总长为设计长度，同时在毛坯的外圆上加工出与外花键等长度的锥度；其中，锥度能保证材料挤压堆积后花键大径的一致性。
步骤2：挤压前处理，对步骤1中的毛坯做磷化、皂化处理；磷化、皂化处理能减少模具在挤压时受到的阻力，从而减少模具的磨损，延长使用寿命。
具体在磷化处理时的总酸度40-60，游离酸度2.5-3.5，磷化时间5-6min。皂化处理时，皂化液油度≥2.5，皂化时间4-5min。现有技术中，磷化处理时的总酸度40-60，游离酸度4-6，磷化时间10-20min；皂化液油度≥2.2，皂化时间10-20min。由于在毛坯上加工出锥度，使得磷化和皂化处理的时间更少。
步骤3：脉冲挤压设备的确认，将与需要加工出的外花键相匹配的芯棒和模具对应安装在脉冲挤压设备上，并根据需要加工的外花键的长度设定加工参数。
在本实施例中采用德国FELSS公司生产的冷挤压设备，其可以直接进行编程，在编程时根据需要加工的外花键的长度合理设置脉冲前进速度和距离、脉冲后退速度和距离、保持时间、芯棒退出速度和花键模具退出速度，使其能优化调整花键齿厚、花键大径、挤压力和花键直线度。经验证，脉冲挤压时后退距离设置为前进距离的50％-70％为最佳。脉冲前进速度降低时花键大径填充更饱满，速度加快时可降低挤压力，经试验得出其速度设置为1400-1600m/min为最佳，脉冲后退可设置一个相对高的速度，但是尽量与前进速度相当，其差值不超过400m/min，这样可以减少机床震动，也能提高花键齿面光洁度。
在本步骤中，通常毛坯的壁厚为1.5mm到3.0mm之间，芯棒的外径小于毛坯的内径，且间隙在0.1mm-0.2mm之间，当壁厚大于3.0mm后，不需要增加芯棒。
在模具内设置有供毛坯通过且轴向设置的加工孔1，在加工孔1上依次设置有导向挤压段1a、成型保护段1b、回退导向段1c，且加工时导向挤压段1a先与毛坯接触。在导向挤压段1a的另一端设置有内倒角1d，且导向挤压段1a为内径逐渐减小，整个成型保护段1b的内径保持不变，回退导向段1c的内径增大，在导向挤压段1a、成型保护段1b、回退导向段1c上均设置有与需要加工的外花键相匹配的内花键，并且在内花键上设置有并齿1e，该并齿的齿厚介于小齿齿厚的1.6倍-1.8倍之间，能保证挤压后并齿1e高度(即齿顶圆直径)，从而解决现有技术中外花键并齿的齿顶圆直径小于小齿齿顶圆直径的问题。
在芯棒的前端依次设置有毛坯能插入的导向与夹持段2、挤压支撑段3，且挤压支撑段3的外径大于导向夹持段2加工时，导向与夹持段2先插入毛坯内。
为保证加工质量，模具的材料为钨钢，芯棒的材料为较高强度的合金钢，如20Mn。
步骤4：上料，将步骤2中处理后的毛坯固定在脉冲挤压设备上；将毛坯放置在上料架上，并保持待挤压的一端朝向模具方向，按下启动键，程序开始运行，机械手自动将毛坯送至进给主轴并完成装夹。
步骤5：挤压成型，毛坯在模具与芯棒的相互作用下，完成冷挤压。具体步骤包括毛坯被送至定位挡板处，完成毛坯的定位；继续前进到夹紧单元处完成对毛坯的夹紧；芯棒直线前进至程序设定位置；模具按照设定的脉冲前进速度和距离、脉冲后退速度和距离和保持时间进行脉冲式前进，使毛坯被挤压出花键齿形；芯棒和模具后退，芯轴和模具以不同的速度退出零件；夹紧单元张开，进给轴带着加工后的毛坯退出设备，机械手抓取零件，完成下料。
Claims (5)
1.一种在薄壁管上加工小模数细长外花键的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：下料，选用合适外径的钢管并将其进行加工得到毛坯，使毛坯的总长为设计长度，同时在毛坯的外圆上加工出与外花键等长度的锥度；
S2：挤压前处理，对S1中的毛坯做磷化、皂化处理；
S3：脉冲挤压设备的确认，将与需要加工出的外花键相匹配的芯棒和模具对应安装在脉冲挤压设备上，并根据需要加工的外花键的长度设定加工参数；所述模具内设置有供毛坯通过的加工孔，所述加工孔上依次设置有导向挤压段、成型保护段、回退导向段，所述导向挤压段的远离成型保护段的一端设置有内倒角，且导向挤压段的内径朝向成型保护段的方向逐渐减小，所述成型保护段的内径不变，所述回退导向段的内径朝向远离成型保护段的方向逐渐增大，所述导向挤压段、成型保护段、回退导向段上均设置有与需要加工的外花键相匹配的内花键，所述内花键上设置有并齿，所述并齿的齿厚介于小齿齿厚的1.6倍-1.8倍之间，能保证挤压后并齿的齿顶圆直径，从而解决外花键并齿的齿顶圆直径小于小齿齿顶圆直径的问题；
S4：上料，将S2中处理后的毛坯固定在脉冲挤压设备上；
S5：挤压成型，毛坯完成冷挤压；
在S3中，当毛坯的壁厚为1.5mm到3.0mm之间，芯棒的外径小于毛坯的内径，且间隙在0.1mm-0.2mm之间，当壁厚大于3.0mm后，不需要增加芯棒。
2.根据权利要求1所述的在薄壁管上加工小模数细长外花键的方法，其特征在于：所述芯棒的前端依次设置有能插入到毛坯内的导向夹持段、挤压支撑段，所述挤压支撑段的外径大于导向夹持段。
3.根据权利要求1所述的在薄壁管上加工小模数细长外花键的方法，其特征在于：所述模具采用钨钢，所述芯棒采用20Mn。
4.根据权利要求1所述的在薄壁管上加工小模数细长外花键的方法，其特征在于：所述S3中加工参数包括脉冲前进速度和距离、脉冲后退速度和距离、保持时间、芯棒退出速度和花键模具退出速度，其中脉冲前进速度为1400-1600 m/min，脉冲后退速度高于脉冲前进速度且差值不超过400 m/min，脉冲后退距离设置为脉冲前进距离的50%-70%。
5.根据权利要求1所述的在薄壁管上加工小模数细长外花键的方法，其特征在于：所述S2中磷化处理时的总酸度40-60，游离酸度2.5-3.5，磷化时间5-6min；皂化处理时，皂化液油度≥2.5，皂化时间4-5min。
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