CN1963260A - 汽车同步器齿圈坯件及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以圆钢为坯料加工而成汽车同步器齿圈坯件及其加工方法，通过下料、加热、去氧化皮、镦粗、冲孔、落料平端面、扩展成形和整形等工序，将圆钢加工成内径为50～78mm，壁厚为10～15mm，高度为45～60mm的成品齿圈坯件。本发明将辗环加工技术应用在汽车同步器齿圈坯件的加工上，极大地降低了坯件的生产制造成本，提高了坯件的制造精度，改善了成品零件的热处理性能、减少了后续机加工余量，提高了生产效率，延长了成品齿圈的使用寿命。经多次路试证明，采用本发明生产的同步器齿圈坯件与传统以钢管为原料生产的坯件相比，其使用寿命提高30％左右，同时机加工成本降低15％，生产效率提高10％。

Description

汽车同步器齿圈坯件及其加工方法

技术领域

本发明属于汽车同步器技术领域，具体地说，涉及汽车同步器齿圈坯件及其加工方法。

背景技术

汽车同步器齿圈是汽车变速机构中的重要零部件之一，它的加工质量、结构、使用寿命等直接影响到汽车的正常行驶及驾乘人员的人身安全。我国汽车工业起步较晚，其坯件锻造加工技术较为落后，像同步器齿环之类的内空薄壁齿圈坯件，由于采用传统的锻造方法难以达到坯件尺寸要求，实际生产中只能采用钢管为原料。

传统的环形零件扩孔辗压技术以棒料为坯料，其模具制造复杂、使用寿命低、设备要求高，特别是受其关键技术指标即最小扩孔比的限制(最小扩孔比必须K＞1.5)，对于一些内空薄壁的环形坯件，由于其最小扩孔比K＜1.5，采用传统的扩孔辗压方法无法加工。这就使得其实际应用受到很大的制约，因此，在我国只有在轴承加工等少数特殊行业内使用。采用传统辗压扩孔方法加工的环形坯件外径椭圆度大(最大椭圆度为1mm～2mm)、上下两端内外径的相对误差大(最大达2mm～3mm)、坯件两端倾斜度大(最大倾斜3mm～4mm)，这就使得坯件尺寸与成品零件尺寸之间必须预留更多的加工余量(内外圆余量3mm～4mm、长度余量4mm～5mm)才能保证加工的产品质量。而过多的加工余量既造成了材料浪费，又增大了制造成本。而在汽车同步器齿圈坯件加工领域，由于受工件高度、最小扩孔比、工艺条件等各方面的限制，还未见使用以棒料为坯料的锻压辗环加工方法。

鉴于传统辗压扩孔方法所受到的限制，目前通用的同步器齿圈坯件一般采用钢管为原料进行生产，但是以钢管为坯料主要存在以下不足：

(1).现代汽车工业产品型号多，更新换代速度快，对薄壁齿圈需求的规格多。但我国现行管材规格数量有限，这就造成了某些规格的薄壁齿圈因无法选择到合适余量的管材坯料而被迫选择较大规格的管材，因而造成了不必要的材料浪费。

(2).按照我国现行结构用无缝钢管国家标准GB8162-1999规定，钢管外圆直径差最大可达1％、壁厚差12％、弯曲度1.5mm/m～2mm/m、长度差10mm(总长大于6mm)。以外径Φ100内孔Φ75长6mm无缝钢管为例，国际允许外圆直径差最大可达1mm、壁厚差达3mm、弯曲度12mm、长度差10mm。对齿圈坯件而言，外圆及壁厚差过大将直接影响机加工质量，特别是车加工外圆及内孔时易造成刀具损坏及零件表面光洁度超差等机加工缺陷，直接影响到成品零件的使用性能，同时影响机床自身精度及使用寿命。

(3).采用传统钢管为原料必须用锯床或切料机下料。以所需坯件外圆Φ100mm长度52mm并以锯床下料为例，由于锯缝宽度3mm～4mm，每下料1件产生1条锯缝，且锯床下料时坯料断面易产生倾斜。以每件下料坯件端面倾斜2mm～3mm计算，则每切断1件坯件需多损耗3mm管料。这就是说，为了满足加工要求，每件坯件的实际下料长度最短必需为55mm。现以每根管料总长6m计算，若坯件长度52mm可下115件，若坯件长度55mm只能下109件，其原料浪费达5.5％。

(4).钢管原料由于其内部纤维组织较为疏散，以此为坯料加工的零件热处理后变形较大、综合机械性能差、零件的使用寿命较短。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种以圆钢为坯料加工而成的汽车同步器齿圈坯件及其加工方法。

本发明的技术方案如下：

一种汽车同步器齿圈坯件，是以圆钢为坯料，通过锻压辗环加工，制得成品齿圈坯件，该成品齿圈坯件的内径为50～78mm，壁厚为10～15mm，高度为45～60mm。

上述汽车同步器齿圈坯件的加工方法，包括以下步骤：

a、下料，依据成品齿圈坯件的尺寸计算其净重量，在该净重量的基础上加上火耗2％～5％和冲孔连皮消耗70～80克，确定下料重量，在满足下料长度/圆钢直径＜2.5的条件下，确定圆钢直径和下料长度，用剪棒机将圆钢剪裁成所需长度的坯料。

b、加热，将坯料放入加热炉中加温至1150～1200℃待锻，加热炉优选低压燃气炉。

c、去氧化皮，从加热炉中取出坯料，在1150～1180℃温度下用冲床去除坯料两端的氧化皮，以确保最终成品坯件无折叠、夹渣和裂纹。

d、镦粗，将坯料在1100～1150℃温度下采用冲床镦粗，使镦粗后坯料的高度为镦粗前的0.4～0.6倍，镦粗后的坯料呈腰鼓形。此步骤中在满足镦粗后坯料高度为镦粗前0.4～0.6倍的条件下，首先确定镦粗后坯料的高度，选用相应的镦粗模具，然后在冲床上进行压缩加工。

e、冲孔，在1050～1100℃温度下将镦粗后的坯料冲压制成带盲孔的预制毛坯，该预制毛坯的外缘为圆形，盲孔底面到预制毛坯底面的厚度为2～5mm，并且5mm≤成品齿圈坯件的外圆直径-预制毛坯的外圆直径≤30mm。此步骤中根据成品齿圈坯件内外圆截面形状、制坯方式、辗环温度、扩孔辗压力、制坯设备能力等情况，选取合适的扩孔芯轴直径，确定预制毛坯盲孔的孔径、盲孔底面到预制毛坯底面的厚度以及预制毛坯侧壁的厚度，选用相应的冲孔模具，在冲床上进行冲孔加工。

f、落料平端面，在1000～1050℃温度下，保持预制毛坯盲孔的孔径不变，将盲孔的底部连皮冲除，形成中心孔，同时将预制毛坯冲压至与成品齿圈坯件相当的高度，制成上下端面平整的毛坯。此步骤中考虑到材料的热收缩率在1％左右，确定辗环机辗压轮的宽度，选用相应的落料平整模具，在冲床上加工后，使制得的毛坯高度基本与成品齿圈坯件相等，以便能放入辗压轮内，进行辗压扩孔。

g、扩展成形，在950～1000℃温度下，保持毛坯的高度不变，用辗环机对毛坯进行扩展加工，制成成形件，成形件的内、外径尺寸与成品齿圈坯件的相当。

h、整形，选用与成品齿圈坯件规格相适应的整形模，在800～900℃温度下对成形件进行整形处理，制得成品齿圈坯件，该成品齿圈坯件的外径为75～100mm，内径为50～78mm，高度为45～60mm。通过整形处理进一步提高了成品坯件的几何尺寸精度。

上述整形工序完成后，将成品齿圈坯件放入正火炉内，加热至920～970℃，进行正火处理，以消除锻造应力，便于机械加工。

上述正火工序完成后，将成品齿圈坯件冷却至室温，再进行抛丸处理，去除表面氧化皮和毛刺，提高成品坯件的清洁度。

本发明巧妙地运用了圆钢材料的热锻性能，通过压缩、冲孔、延伸、扩展等多种方法，极大地降低了辗压加工零件的扩孔比(最小扩孔比K＜1)，具有以下优点：

(1).通过相对应的模具对坯料局部连续施压成形，模具与工件的接触面积小、变形力小，使得选用设备的吨位小，同时提高了模具的使用寿命。

(2).辗环制坯冲孔小，冲孔连皮浪费少，扩孔后坯件的内外圆无斜度，环件截面尺寸形状接近于成品，既减少了切削加工量，又节约了原材料。

(3).辗环变形是径向压缩、周向延伸，坯件金属纤维沿圆周连续排列，与坯件实际使用时的受力和磨损相适应，提高了成品零件的强度和耐磨性。

(4).降低了可辗压加工零件的扩孔比，实现了环形内空薄壁零件的辗压扩孔加工，增大了该种锻压工艺的适用范围，可以广泛用于外径Φ40mm～Φ250mm、内径Φ50mm～Φ200mm、高度20mm～70mm的坯件加工。

(5).整形完成后，利用锻造余热进行正火处理，仅此一项即可节约能源40％左右，有效降低了制造成本。

综上所述，本发明以圆钢为坯料来代替现有技术的钢管，同时将锻压辗环加工技术应用在汽车同步器齿圈坯件的加工上，极大地降低了坯件的生产制造成本，提高了坯件的制造精度，改善了成品零件的热处理性能、减少了后续机加工余量，提高了生产效率，延长了成品齿圈的使用寿命。通过本发明生产的汽车同步器齿圈坯件已成功地为重庆长安汽车、哈尔滨哈飞汽车等国内多个汽车生产厂家供货达70多万件(套)，经各客户厂家多次路试证明，采用本发明生产的同步器齿圈坯件与传统以钢管为原料生产的坯件相比，其使用寿命提高30％左右，同时机加工成本降低15％，生产效率提高10％。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

实施例1，如图1所示，以圆钢20CrMnTi为坯料加工Φ100mmXΦ78mmX52mm规格的汽车同步器齿圈坯件时，按如下工序进行：

a、下料，依据成品齿圈坯件的尺寸计算其净重量，即净重量＝密度×体积＝7.85×3.14×0.052×(50×50-39×39)＝1255克，在净重量1255克的基础上加上火耗5％即62.75克，再加上冲孔连皮消耗72.25克，确定下料重量为1390克，选用直径为50mm的圆钢，计算出下料长度为90mm，由于下料长度/圆钢直径＝90/50＝1.8＜2.5，圆钢直径和下料长度符合要求，用CQ65型剪棒机将直径为50mm的圆钢剪裁成90mm长的坯料。

b、加热，将坯料放入低压燃气炉中加温至1160℃待锻。

c、去氧化皮，从燃气炉中取出坯料，在1150℃温度下用35T冲床去除坯料两端的氧化皮，以确保最终成品坯件无折叠、夹渣和裂纹。

d、镦粗，确定镦粗后的高度为43mm，由于43/90＝0.443，符合镦粗后坯料的高度为镦粗前的0.4～0.6倍的要求，根据镦粗后坯料的高度，选用相应的镦粗模具，将坯料在1120℃温度下采用125T冲床镦粗，镦粗后的坯料呈上下端面基本平齐的腰鼓形。

e、冲孔，根据成品齿圈坯件内外圆截面形状、制坯方式、辗环温度、扩孔辗压力、制坯设备能力等情况，选取合适的扩孔芯轴直径。本例中选取扩孔芯轴直径为45mm，由此确定预制毛坯内径为48mm(使预制毛坯盲孔能顺利装到扩孔芯轴上)。又根据零件扩孔前预制毛坯内外圆直径比近似等于成品零件内外圆直径比加修正系数0.2-0.45的关系，本例中成品齿圈坯件的外径D＝100mm，内径d＝78mm，预制毛坯外径为D1，内径d1＝48mm，依据变形比系数K＝D/d＝100/78＝1.3，考虑变形程度取预制毛坯变形比K1＝K+0.35＝1.65，由此计算出预制毛坯的外径D1＝K1×d1＝79mm，再根据冲孔连皮消耗的重量72.25克，计算出预制毛坯盲孔底面到预制毛坯底面的厚度为4mm，然后选取相应的冲孔模具，在1070℃温度下上125T冲床进行冲孔加工，将镦粗后的坯料冲压制成带盲孔的预制毛坯，该预制毛坯的外缘为圆形。

f、落料平端面，此步骤确定毛坯的高度，使其基本与成品齿圈坯件相等，考虑到材料的热收缩率在1％左右，确定辗环机辗压轮的宽度为52.5mm，选取相应的落料平整模具，在1020℃温度下，保持预制毛坯盲孔的孔径不变，用125T冲床将盲孔的底部连皮冲除，形成中心孔，同时将预制毛坯冲压至52mm的高度，制成上下端面平整的毛坯。

g、扩展成形，根据材料的热收缩率，选用内槽宽度为52.5mm的辗压轮，在960℃温度下，保持毛坯的高度不变，用辗环机对毛坯进行扩展加工，制成外径为100mm、内径为78mm的成形件。

h、整形，选用与成品齿圈坯件规格相适应的整形模，在820℃温度下对成形件进行整形处理，制得成品齿圈坯件。通过整形处理进一步提高了成品坯件的几何尺寸精度。

I、正火，整形完后，将成品齿圈坯件放入正火炉内，加热至930℃，进行正火处理，以消除锻造应力，便于机械加工。

J、抛丸，正火工序完成后，将成品齿圈坯件冷却至室温，再进行抛丸处理，去除表面氧化皮和毛刺，提高成品坯件的清洁度。

实施例2，如图1所示，以圆钢20CrMnTi为坯料，加工Φ85mmXΦ65mmX52mm规格的汽车同步器齿圈坯件时，按如下工序进行：

a、下料，依据成品齿圈坯件的尺寸计算其净重量，即净重量＝密度×体积＝7.85×3.14×0.052×(42.5×42.5-32.5×32.5)＝961克，在净重量961克的基础上加上火耗3％即29克，再加上冲孔连皮消耗75克，确定下料重量为1065克，选用直径为50mm的圆钢，计算出下料长度为54mm，由于下料长度/圆钢直径＝54/50＝1.08＜2.5，圆钢直径和下料长度符合要求，用CQ65型剪棒机将直径为50mm的圆钢剪裁成54mm长的坯料。

b、加热，将坯料放入低压燃气炉中加温至1180℃待锻。

c、去氧化皮，从燃气炉中取出坯料，在1170℃温度下用35T冲床去除坯料两端的氧化皮，以确保最终成品坯件无折叠、夹渣和裂纹。

d、镦粗，确定镦粗后的高度为30mm，由于30/54＝0.556，符合镦粗后坯料的高度为镦粗前的0.4～0.6倍的要求，根据镦粗后坯料的高度，选用相应的镦粗模具，将坯料在1130℃温度下采用125T冲床镦粗，镦粗后的坯料呈上下端面基本平齐的腰鼓形。

e、冲孔，根据成品齿圈坯件内外圆截面形状、制坯方式、辗环温度、扩孔辗压力、制坯设备能力等情况，选取合适的扩孔芯轴直径。本例中选取扩孔芯轴直径为40mm，由此确定预制毛坯内径为43mm(使预制毛坯盲孔能顺利装到扩孔芯轴上)。又根据零件扩孔前预制毛坯内外圆直径比近似等于成品零件内外圆直径比加修正系数0.2-0.45的关系，本例中成品齿圈坯件的外径D＝85mm，内径d＝65mm，预制毛坯外径为D1，内径d1＝43mm，依据变形比系数K＝D/d＝85/65＝1.3，考虑变形程度取预制毛坯变形比K1＝K+0.4＝1.7，由此计算出预制毛坯的外径D1＝K1×d1＝73mm，再根据冲孔连皮消耗的重量75克，计算出预制毛坯盲孔底面到预制毛坯底面的厚度为5mm，然后选取相应的冲孔模具，在1090℃温度下上125T冲床进行冲孔加工，将镦粗后的坯料冲压制成带盲孔的预制毛坯，该预制毛坯的外缘为圆形。

f、落料平端面，此步骤确定毛坯的高度，使其基本与成品齿圈坯件相等，考虑到材料的热收缩率在1％左右，确定辗环机辗压轮的宽度为52.5mm，选取相应的落料平整模具，在1040℃温度下，保持预制毛坯盲孔的孔径不变，用125T冲床将盲孔的底部连皮冲除，形成中心孔，同时将预制毛坯冲压至52mm的高度，制成上下端面平整的毛坯。

g、扩展成形，根据材料的热收缩率，选用内槽宽度为52.5mm的辗压轮，在980℃温度下，保持毛坯的高度不变，用辗环机对毛坯进行扩展加工，制成外径为85mm、内径为65mm的成形件。

h、整形，选用与成品齿圈坯件规格相适应的整形模，在870℃温度下对成形件进行整形处理，制得成品齿圈坯件。通过整形处理进一步提高了成品坯件的几何尺寸精度。

I、正火，整形完后，将成品齿圈坯件放入正火炉内，加热至950℃，进行正火处理，以消除锻造应力，便于机械加工。

J、抛丸，正火工序完成后，将成品齿圈坯件冷却至室温，再进行抛丸处理，去除表面氧化皮和毛刺，提高成品坯件的清洁度。

实施例3，如图1所示，以圆钢20CrMo为坯料，加工Φ75mmXΦ50mmX52mm规格的汽车同步器齿圈坯件时，按如下工序进行：

a、下料，依据成品齿圈坯件的尺寸计算其净重量，即净重量＝密度×体积＝7.85×3.14×0.052×(37.5×37.5-25×25)＝1001克，在净重量1001克的基础上加上火耗4％即40克，再加上冲孔连皮消耗70克，确定下料重量为1111克，选用直径为50mm的圆钢，计算出下料长度为57mm，由于下料长度/圆钢直径＝57/50＝1.14＜2.5，圆钢直径和下料长度符合要求，用CQ65型剪棒机将直径为50mm的圆钢剪裁成57mm长的坯料。

b、加热，将坯料放入低压燃气炉中加温至1200℃待锻。

c、去氧化皮，从燃气炉中取出坯料，在1180℃温度下用35T冲床去除坯料两端的氧化皮，以确保最终成品坯件无折叠、夹渣和裂纹。

d、镦粗，确定镦粗后的高度为25mm，由于25/57＝0.44，符合镦粗后坯料的高度为镦粗前的0.4～0.6倍的要求，根据镦粗后坯料的高度，选用相应的镦粗模具，将坯料在1150℃温度下采用125T冲床镦粗，镦粗后的坯料呈上下端面基本平齐的腰鼓形。

e、冲孔，根据成品齿圈坯件内外圆截面形状、制坯方式、辗环温度、扩孔辗压力、制坯设备能力等情况，选取合适的扩孔芯轴直径。本例中选取扩孔芯轴直径为38mm，由此确定预制毛坯内径为41mm(使预制毛坯盲孔能顺利装到扩孔芯轴上)。又根据零件扩孔前预制毛坯内外圆直径比近似等于成品零件内外圆直径比加修正系数0.2-0.45的关系，本例中成品齿圈坯件的外径D＝75mm，内径d＝50mm，预制毛坯外径为D1，内径d1＝41mm，依据变形比系数K＝D/d＝75/50＝1.5，考虑变形程度取预制毛坯变形比K1＝K+0.2＝1.7，由此计算出预制毛坯的外径D1＝K1×d1＝70mm，再根据冲孔连皮消耗的重量70克，计算出预制毛坯盲孔底面到预制毛坯底面的厚度为3.9mm，然后选取相应的冲孔模具，在1100℃温度下上125T冲床进行冲孔加工，将镦粗后的坯料冲压制成带盲孔的预制毛坯，该预制毛坯的外缘为圆形。

f、落料平端面，此步骤确定毛坯的高度，使其基本与成品齿圈坯件相等，考虑到材料的热收缩率在1％左右，确定辗环机辗压轮的宽度为52.5mm，选取相应的落料平整模具，在1050℃温度下，保持预制毛坯盲孔的孔径不变，用125T冲床将盲孔的底部连皮冲除，形成中心孔，同时将预制毛坯冲压至52mm的高度，制成上下端面平整的毛坯。

g、扩展成形，根据材料的热收缩率，选用内槽宽度为52.5mm的辗压轮，在1000℃温度下，保持毛坯的高度不变，用辗环机对毛坯进行扩展加工，制成外径为75mm、内径为50mm的成形件。

h、整形，选用与成品齿圈坯件规格相适应的整形模，在880℃温度下对成形件进行整形处理，制得成品齿圈坯件。通过整形处理进一步提高了成品坯件的几何尺寸精度。

I、正火，整形完后，将成品齿圈坯件放入正火炉内，加热至960℃，进行正火处理，以消除锻造应力，便于机械加工。

J、抛丸，正火工序完成后，将成品齿圈坯件冷却至室温，再进行抛丸处理，去除表面氧化皮和毛刺，提高成品坯件的清洁度。

Claims (8)

1、一种汽车同步器齿圈坯件，其特征在于：以圆钢为坯料，通过锻压辗环加工，制得成品齿圈坯件，该成品齿圈坯件的内径为50～78mm，壁厚为10～15mm，高度为45～60mm。

2、一种加工如权利要求1所述的汽车同步器齿圈坯件的方法，其特征在于包括以下步骤：

a、下料，依据成品齿圈坯件的尺寸计算其净重量，在该净重量的基础上加上火耗2％～5％和冲孔连皮消耗70～80克，确定下料重量，在满足下料长度/圆钢直径＜2.5的条件下，确定圆钢直径和下料长度，将圆钢剪裁成所需长度的坯料；

b、加热，将坯料放入加热炉中加温至1150～1200℃；

c、去氧化皮，从加热炉中取出坯料，在1150～1180℃温度下去除坯料两端的氧化皮；

d、镦粗，将坯料在1100～1150℃温度下镦粗，使镦粗后坯料的高度为镦粗前的0.4～0.6倍；

e、冲孔，在1050～1100℃温度下将镦粗后的坯料冲压制成带盲孔的预制毛坯，该预制毛坯的外缘为圆形，盲孔底面到预制毛坯底面的厚度为2～5mm，并且5mm≤成品齿圈坯件的外圆直径-预制毛坯的外圆直径≤30mm；

f、落料平端面，在1000～1050℃温度下，保持预制毛坯盲孔的孔径不变，将盲孔的底部连皮冲除，形成中心孔，同时将预制毛坯冲压至与成品齿圈坯件相当的高度，制成毛坯；

g、扩展成形，在950～1000℃温度下，保持毛坯的高度不变，用辗环机对毛坯进行扩展加工，制成成形件，成形件的内、外径尺寸与成品齿圈坯件的相当；

h、整形，选用与成品齿圈坯件规格相适应的整形模，在800～900℃温度下对成形件进行整形处理，制得成品齿圈坯件。

3、根据权利要求2所述的加工汽车同步器齿圈坯件的方法，其特征在于：所述整形工序完成后，将成品齿圈坯件放入正火炉内，加热至920～970℃，进行正火处理。

4、根据权利要求3所述的加工汽车同步器齿圈坯件的方法，其特征在于：所述正火工序完成后，将成品齿圈坯件冷却至室温，再进行抛丸处理，去除表面氧化皮。

5、根据权利要求2所述的加工汽车同步器齿圈坯件的方法，其特征在于：所述a步骤中采用剪棒机进行下料工作。

6、根据权利要求2所述的加工汽车同步器齿圈坯件的方法，其特征在于：所述b步骤中加热炉为低压燃气炉。

7、根据权利要求2所述的加工汽车同步器齿圈坯件的方法，其特征在于：所述c步骤中采用冲床去除坯料两端的氧化皮。

8、根据权利要求2所述的加工汽车同步器齿圈坯件的方法，其特征在于：所述d步骤中采用冲床将坯料镦粗，镦粗后的坯料呈腰鼓形。

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