CN114309442A - 一种汽车万向节内星轮的球道免铣加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种汽车万向节内星轮的球道免铣加工方法，包括以下步骤：下料；预镦粗；预锻；冲内孔；预处理；终锻：使用分流锻造模具对预锻件进行分流锻造；分流锻造模具包括下模、上模和扩孔芯棒，下模中开设球道下段型面孔，上模中开设有星形孔和球道上段型面孔，扩孔芯棒穿设在星形孔中、并与星形孔的孔壁之间形成有材料分流腔；终锻件的上端具有在材料分流腔内成形的分流块、以及在球道下段型面孔和球道上段型面孔内成形的球道；精加工：精整终锻件球道，车削掉终锻件的外圆余量和分流块。本申请在终锻时对预锻件采用分流锻造，能够降低锻造时的成形力，提高终锻后终锻件的尺寸精度和尺寸稳定性，由此省去后续对球道的铣削机加工，降低成本。

Description

一种汽车万向节内星轮的球道免铣加工方法

技术领域

本发明涉及汽车零部件生产加工领域，特别是涉及一种汽车万向节内星轮的球道免铣加工方法。

背景技术

汽车传动万向节相对于汽车运动时的“关节”，可实现两根轴线不平行的转轴间的动力传递，是现代汽车中的必备零件，需求量较大。球笼式万向节是比较常见的一种汽车传动万向节，球笼式万向节主要包括外星轮、内星轮、球笼、以及多个钢球，外星轮设置在球笼的外周侧、且外星轮的内周面上设有数道球道，内星轮设置在球笼的内周侧、且内星轮的外周面上设有数道球道，钢球穿设在球笼的窗口中、并同时与外星轮的球道和内星轮的球道接触配合。

进一步地，目前在加工制造外周具有数道球道的内星轮时，通常采用闭塞锻造，然而，该制造方式成形力大，模具变形量大，导致锻件尺寸稳定性比较差。同时，分模面存在明显毛刺，必须通过后续铣削完成球道表面的精细加工。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种汽车万向节内星轮的球道免铣加工方法，在锻造后锻件表面球道尺寸能直接满足产品要求。

为实现上述目的，本发明提供一种汽车万向节内星轮的球道免铣加工方法，所述球道免铣加工方法依次包括以下步骤：

S1、下料：得到圆柱形的坯料；

S2、预镦粗：向下预镦所述坯料，在所述坯料的上端面中心处镦出一个倒圆锥形的定位凹槽，得到预镦坯料；

S3、预锻：冷锻所述预镦坯料，在所述预镦坯料上段部分的中心处冷锻出上沉孔，在所述预镦坯料上段部分的外周面上冷锻出数道上球道，在所述预镦坯料下段部分的中心处冷锻出下沉孔，在所述预镦坯料下段部分的外周面上冷锻出数道下球道、以及分布在相邻两道下球道之间的下段尺寸型面，得到预锻件；所述预锻件中，所述上球道的下端与下球道的上端相连构成预锻球道，所述预锻件在上沉孔和下沉孔之间具有连皮；

S4、冲内孔：去除所述连皮，使上沉孔和下沉孔连通为坯料内孔；

S5、预处理：对所述预锻件依次进行退火、抛丸和润滑；

S6、终锻：使用分流锻造模具对所述预锻件进行分流锻造，得到终锻件；

所述分流锻造模具包括位置固定的下模、以及都能够上下往复移动的上模和扩孔芯棒，所述下模中开设球道下段型面孔，所述上模中开设有星形孔、以及连接在星形孔下端的球道上段型面孔，所述扩孔芯棒用于插入坯料内孔中，所述星形孔向上贯通上模，所述扩孔芯棒穿设在星形孔中、并与星形孔的孔壁之间形成有材料分流腔；

所述终锻件的上端具有在材料分流腔内成形的分流块、由扩孔芯棒成形的轴孔、以及在球道下段型面孔和球道上段型面孔内成形的球道；

S7、精加工：精整所述终锻件的球道，车削掉所述终锻件的外圆余量和分流块。

进一步地，所述步骤S2中，所述坯料的向下预镦量为2～3mm，所述定位凹槽的深度为1～2mm，所述定位凹槽的锥度为15°～20°。

进一步地，所述步骤S3中，所述上沉孔和下沉孔的孔径d都为预锻件最大孔径D的0.25～0.45倍，所述连皮的厚度为10～15mm。

进一步地，所述步骤S5中，所述预锻件的退火温度为650～750℃、退火时间为5～6小时。

进一步地，所述步骤S6中，所述扩孔芯棒的下端具有圆锥段，该圆锥段的外径从上至下逐渐减小。

进一步地，所述步骤S6中，所述材料分流腔的宽度为2～8mm。

进一步地，所述步骤S7依次包括以下分步骤：

S71、粗车：车削掉所述终锻件的部分外圆余量和分流块；

S72、球道冷精整：使用冷精整模具对所述终锻件的球道进行冷精整；

所述冷精整模具包括固定基座、以及数个周向分布且都径向可移动地安装于固定基座的精整模，每个精整模的内端都具有用于和终锻件的球道抵接配合的精整部，所述精整部的外周面为球道型面；

S73、精车：车削掉所述终锻件的全部外圆余量。

如上所述，本发明涉及的汽车万向节内星轮的球道免铣加工方法，具有以下有益效果：

本申请中，采用预锻和终锻两次锻造坯料，特别是终锻时对预锻件采用分流锻造，允许预锻件在成形外周数道球道的过程中，其金属材料可以分流流动到分流锻造模具的材料分流腔内、形成分流块，如此，能够大大降低锻造时的成形力，有助于提升模具寿命，特别是能大大提高终锻后终锻件的尺寸精度和尺寸稳定性，还能消除分模面处的毛刺，终锻件精整后的球道尺寸可直接满足产品要求，由此省去后续对球道的铣削机加工，降低汽车万向节内星轮的生产成本，提高生产效率。

附图说明

图1为本申请中汽车万向节内星轮的球道免铣加工方法的流程图。

图2为本申请中预镦坯料的结构示意图。

图3为图2的半剖图。

图4为本申请中预锻件的结构示意图。

图5为图4的半剖图。

图6为本申请中预锻件冲内孔后的结构示意图。

图7为图6的半剖图。

图8为本申请中终锻件的结构示意图。

图9为本申请中终锻件粗车后的结构示意图。

图10为本申请中分流锻造模具与预锻件的关系示意图。

图11为图10的半剖图。

图12为图10的俯视图。

图13为图10中上模的结构示意图。

图14为图13的半剖图。

图15为本申请中冷精整模具的结构示意图。

元件标号说明

11 坯料

12 预镦坯料

121 定位凹槽

13 预锻件

131 上沉孔

132 上球道

133 下沉孔

134 下球道

135 连皮

136 坯料内孔

14 终锻件

141 分流块

142 轴孔

143 球道

20 上模

21 星形孔

22 球道上段型面孔

30 扩孔芯棒

31 圆锥段

40 材料分流腔

50 固定基座

60 精整模

61 精整部

62 球道型面

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书附图所绘的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本申请提供一种汽车万向节内星轮的球道免铣加工方法，通过预锻和终锻两次锻造，特别是在终锻时通过分流锻造模具进行分流锻造，由此使终锻冷精整后得到的终锻件14的球道143尺寸能直接满足产品要求，进而后续不再需要对球道143进行铣削加工。

如图1所示，本申请涉及的球道免铣加工方法依次包括以下步骤：

步骤S1、下料：得到圆柱形的坯料11，该坯料11为实心圆柱体。

步骤S2、预镦粗：采用冷镦方式向下预镦坯料12，将圆柱形的坯料11向下预墩2～3mm，如图2和图3所示，在坯料11的上端面中心处镦出一个倒圆锥形的定位凹槽121，得到预镦坯料12。预镦坯料12上端的定位凹槽121的内径从上至下逐渐减小；优选地，定位凹槽121的深度为1～2mm，定位凹槽121的锥度为15°～20°。

步骤S3、预锻：在室温条件下，采用冷锻的方式对预镦坯料12进行预锻，如图4和图5所示，在预镦坯料12上段部分的中心处冷锻出上沉孔131，在预镦坯料12上段部分的外周面上冷锻出数道上球道132，在预镦坯料12下段部分的中心处冷锻出下沉孔133，在预镦坯料12下段部分的外周面上冷锻出数道下球道134、以及分布在相邻两道下球道134之间的下段尺寸型面，得到预锻件13。因此，预锻件13中，上球道132的下端与下球道134的上端相连构成预锻球道，预锻件13在上沉孔131和下沉孔133之间具有连皮135；通过预锻主要是锻造出零件下段部分的尺寸型面，零件上段部分的尺寸型面未锻造出，零件上段部分为具有星形截面的筒体。

优选地，该步骤S3中，上沉孔131和下沉孔133的孔径d都为预锻件13最大孔径D的0.25～0.45倍，即d＝0.25～0.45D；连皮135的厚度为10～15mm。

步骤S4、冲内孔：采用冲床去除预锻件13中心处的连皮135，则上沉孔131和下沉孔133连通为坯料内孔136，如图6和图7所示。

步骤S5、预处理：对预锻件13依次进行退火、抛丸和润滑。退火是指对预锻件13进行软化退火，预锻件13的退火温度为650～750℃、退火时间为5～6小时。抛丸采用抛丸机进行。润滑是指对预锻件13的表面进行磷皂化处理。

步骤S6、终锻：使用分流锻造模具对预锻件13进行分流锻造，得到终锻件14。

如图10至图12所示，分流锻造模具包括位置固定的下模、以及都能够上下往复移动的上模20和扩孔芯棒30，上模20的上下往复移动和扩孔芯棒30的上下往复移动相互独立。下模在图中未示出，下模中开设球道下段型面孔，球道下段型面孔为沉孔结构、开口朝上，球道下段型面孔用于成形球道143的下半部分。如图13和图14所示，上模20中开设有星形孔21、以及连接在星形孔21下端的球道上段型面孔22，球道上段型面孔22用于成形球道143的上半部分；星形孔21向上贯通上模20，使得上模20的上端面不封闭，为敞开结构；扩孔芯棒30用于插入坯料内孔136中，扩孔芯棒30穿设在星形孔21中、并与星形孔21的孔壁之间形成有材料分流腔40，材料分流腔40也位于球道上段型面孔22的上端处、并上下贯通，该材料分流腔40供预锻件13锻造时其金属材料流入，由此降低锻造成形力。优选地，材料分流腔40为一个环形区域，即扩孔芯棒30的最大外径小于星形孔21的最小内径；本实施例中，材料分流腔40的宽度为2～8mm，即扩孔芯棒30的最大外径比星形孔21的最小内径小4～16mm。

终锻时，将预锻件13放置在下模的球道下段型面孔中，上模20下移后下压预锻件13；之后，扩孔芯棒30下移后将坯料内孔136扩大为轴孔142；在上模20和扩孔芯棒30的共同作用下，锻造出零件外周的所有球道143尺寸，得到终锻件14。如图8所示，终锻件14的上端具有在材料分流腔40内成形的分流块141，则分流块141的厚度为2～8mm，分流块141的内径与芯棒外径相匹配；锻造件的中心位置处具有由扩孔芯棒30扩孔后成形的轴孔142；锻造件的外周面具有数道在下模的球道下段型面孔和上模20的球道上段型面孔22内成形的球道143。

优选地，如图11所示，扩孔芯棒30的下端具有圆锥段31，该圆锥段31的外径从上至下逐渐减小，在扩孔芯棒30下移时，圆锥段31起到较好的导向作用，能够使扩孔芯棒30顺利进入坯料内孔136的上端。

步骤S7、精加工：精整终锻件14的球道143，车削掉终锻件14的外圆余量和分流块141，得到精锻件。具体地，如图1所示，该步骤S7依次包括以下分步骤：

S71、粗车：粗车车削掉终锻件14上端的分流块141，如图9所示；同时，粗车终锻件14的外球面，车削掉终锻件14的部分外圆余量。

S72、球道冷精整：使用冷精整模具对终锻件14的球道143进行冷精整；

如图15所示，冷精整模具包括固定基座50、以及数个周向分布且都径向可移动地安装于固定基座50的精整模60，精整模60的数量与球道143的数量对应；本实施例中，精整模60的数量与球道143的数量都为六个。每个精整模60的内端都具有用于和终锻件14的球道143抵接配合的精整部61，精整部61的外周面为球道型面62。优选地，本实施例中采用液压系统驱动数个精整模60径向移动，实现数个精整模60的径向开合；液压系统驱动精整模60移动的驱动力为250～350Bar。

S73、精车：精车终锻件14的外球面，车削掉终锻件14的全部外圆余量。

因此，本申请中的球道免铣加工方法采用预锻和终锻两次锻造坯料11，特别是终锻时对预锻件13采用分流锻造，在预锻件13的上端面增加了一个材料分流腔40，允许预锻件13在成形外周数道球道143的过程中，其金属材料可以分流流动到分流锻造模具的材料分流腔40内、形成分流块141，分流块141可通过后续车削去除。如此，能够大大降低锻造时的成形力，有助于提升模具寿命，特别是能大大提高终锻后终锻件14的尺寸精度和尺寸稳定性，还能消除分模面处的毛刺，终锻件14冷精整后的球道143尺寸可直接满足产品要求，由此省去后续对球道143的铣削机加工，降低汽车万向节内星轮的生产成本，提高生产效率。

下述提供一个汽车万向节内星轮的球道免铣加工方法的具体实施例，其实施步骤为：

一、下料获取圆柱形的坯料11。

二、预镦粗：采用冷镦方式向下预镦坯料12，将圆柱形的坯料11向下预墩2mm，在坯料11的上端面中心处镦出一个倒圆锥形的定位凹槽121，定位凹槽121的深度为1mm，定位凹槽121的锥度为18°，得到预镦坯料12。

三、预锻：采用冷锻的方式对预镦坯料12进行预锻；预锻件13中，上沉孔131和下沉孔133的孔径d都为20mm，预锻件13的最大孔径D为58mm，中间连皮135的厚度为12mm。

四、冲内孔：去除连皮135。

五、在720℃的条件下对预锻件13退火6小时，之后对预锻件13抛丸处理，再对预锻件13磷皂化表面处理。

六、终锻：使用分流锻造模具对预锻件13进行分流锻造，上模20下压，扩孔芯棒30下压扩孔，得到上端具有分流块141的终锻件14，终锻件14上六个球道143全部成形，分流块141的内径为20.1mm，分流块141的外径为24mm。

七、粗车车削掉终锻件14上端的分流块141，同时，粗车终锻件14的外球面、车削掉终锻件14的部分外圆余量。

八、球道冷精整：使用冷精整模具对终锻件14的球道143进行冷精整，液压系统的驱动力为275Bar。

九、精车终锻件14的外球面，车削掉终锻件14的全部外圆余量。

经过上述步骤后得到的汽车万向节内星轮精锻件尺寸精确，满足要求，采用分流锻造，成形力降低50％以上，提升了模具寿命；同时消除了分模面位置的毛刺，精锻件尺寸精度达到0.03mm，球道型面完全免铣，经济性大大提升。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种汽车万向节内星轮的球道免铣加工方法，其特征在于：所述球道免铣加工方法依次包括以下步骤：

S1、下料：得到圆柱形的坯料(11)；

S2、预镦粗：向下预镦所述坯料(11)，在所述坯料(11)的上端面中心处镦出一个倒圆锥形的定位凹槽(121)，得到预镦坯料(12)；

S3、预锻：冷锻所述预镦坯料(12)，在所述预镦坯料(12)上段部分的中心处冷锻出上沉孔(131)，在所述预镦坯料(12)上段部分的外周面上冷锻出数道上球道(132)，在所述预镦坯料(12)下段部分的中心处冷锻出下沉孔(133)，在所述预镦坯料(12)下段部分的外周面上冷锻出数道下球道(134)、以及分布在相邻两道下球道(134)之间的下段尺寸型面，得到预锻件(13)；所述预锻件(13)中，所述上球道(132)的下端与下球道(134)的上端相连构成预锻球道，所述预锻件(13)在上沉孔(131)和下沉孔(133)之间具有连皮(135)；

S4、冲内孔：去除所述连皮(135)，使上沉孔(131)和下沉孔(133)连通为坯料内孔(136)；

S5、预处理：对所述预锻件(13)依次进行退火、抛丸和润滑；

S6、终锻：使用分流锻造模具对所述预锻件(13)进行分流锻造，得到终锻件(14)；

所述分流锻造模具包括位置固定的下模、以及都能够上下往复移动的上模(20)和扩孔芯棒(30)，所述下模中开设球道下段型面孔，所述上模(20)中开设有星形孔(21)、以及连接在星形孔(21)下端的球道上段型面孔(22)，所述扩孔芯棒(30)用于插入坯料内孔(136)中，所述星形孔(21)向上贯通上模(20)，所述扩孔芯棒(30)穿设在星形孔(21)中、并与星形孔(21)的孔壁之间形成有材料分流腔(40)；

所述终锻件(14)的上端具有在材料分流腔(40)内成形的分流块(141)、由扩孔芯棒(30)成形的轴孔(142)、以及在球道下段型面孔和球道上段型面孔(22)内成形的球道(143)；

S7、精加工：精整所述终锻件(14)的球道(143)，车削掉所述终锻件(14)的外圆余量和分流块(141)。

2.根据权利要求1所述的球道免铣加工方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述坯料(11)的向下预镦量为2～3mm，所述定位凹槽(121)的深度为1～2mm，所述定位凹槽(121)的锥度为15°～20°。

3.根据权利要求1所述的球道免铣加工方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述上沉孔(131)和下沉孔(133)的孔径d都为预锻件(13)最大孔径D的0.25～0.45倍，所述连皮(135)的厚度为10～15mm。

4.根据权利要求1所述的球道免铣加工方法，其特征在于：所述步骤S5中，所述预锻件(13)的退火温度为650～750℃、退火时间为5～6小时。

5.根据权利要求1所述的球道免铣加工方法，其特征在于：所述步骤S6中，所述扩孔芯棒(30)的下端具有圆锥段(31)，该圆锥段(31)的外径从上至下逐渐减小。

6.根据权利要求1所述的球道免铣加工方法，其特征在于：所述步骤S6中，所述材料分流腔(40)的宽度为2～8mm。

7.根据权利要求1所述的球道免铣加工方法，其特征在于：所述步骤S7依次包括以下分步骤：

S71、粗车：车削掉所述终锻件(14)的部分外圆余量和分流块(141)；

S72、球道冷精整：使用冷精整模具对所述终锻件(14)的球道(143)进行冷精整；

所述冷精整模具包括固定基座(50)、以及数个周向分布且都径向可移动地安装于固定基座(50)的精整模(60)，每个精整模(60)的内端都具有用于和终锻件(14)的球道(143)抵接配合的精整部(61)，所述精整部(61)的外周面为球道型面(62)；

S73、精车：车削掉所述终锻件(14)的全部外圆余量。

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