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一種整體鍛造近終成形三聯(lián)齒輪軸的制作方法

文檔序號(hào):5790854閱讀:393來源:國(guó)知局
專利名稱:一種整體鍛造近終成形三聯(lián)齒輪軸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型屬于金屬材料近終成形領(lǐng)域,尤其涉及三聯(lián)齒輪軸產(chǎn)品整體鍛造近終成形。
背景技術(shù)
三聯(lián)齒輪軸是傳動(dòng)系統(tǒng)中關(guān)鍵低速重載荷零件,主要用于重載卡車承重支腳。目前加工三聯(lián)齒輪軸的方法有兩種一種是整體鑄造方法;另一種是分體加工后焊接或鍵、 銷聯(lián)接組合而成。采用整體鑄造方法生產(chǎn)的三聯(lián)齒輪軸產(chǎn)品,目前通用材料為ZG270_500(ZG35),其抗拉強(qiáng)度Ob(MPa)彡500、屈服強(qiáng)度Os(MPa)彡270、伸長(zhǎng)率δ5(%) 18、斷面收縮率) 25。產(chǎn)品缺陷為存在內(nèi)部氣孔、偏析、夾雜現(xiàn)象;強(qiáng)度無法保證,使用時(shí)經(jīng)常發(fā)生斷裂事故;齒面硬度低,磨損快,影響傳動(dòng)精度。工藝缺陷為1、鍛造圓角一般大于平均壁厚的1/4,過小會(huì)導(dǎo)致圓角處因應(yīng)力集中開裂。2、容易造成產(chǎn)品內(nèi)部氣孔、偏析、夾雜問題;3、加工過程中,桿部容易發(fā)生嚴(yán)重彎曲,致使無法裝配,成品率低;4、采用鑄造方法生產(chǎn),導(dǎo)致產(chǎn)品強(qiáng)度低、硬度差,不能滿足三聯(lián)齒輪軸產(chǎn)品性能要求;5、環(huán)境污染嚴(yán)重。先分體加工,再使用鍵、銷聯(lián)接組合生產(chǎn)三聯(lián)齒輪軸產(chǎn)品的方法,其缺陷主要是 1、各部分單獨(dú)加工,導(dǎo)致材料損耗大;2、對(duì)鍵槽、銷孔的位置度要求高,對(duì)機(jī)加工設(shè)備要求高,加工成本也相應(yīng)提高;3、在軸與齒輪上開鍵槽,會(huì)使得零件整體機(jī)械強(qiáng)度大幅度下降。 4、由于齒形需要機(jī)加工,效率非常低,僅為本實(shí)用新型的3%。采用分體加工后焊接的方法生產(chǎn)三聯(lián)齒輪軸產(chǎn)品,其缺陷主要是焊接時(shí)的熱變形會(huì)造成齒輪嚙合時(shí)跳動(dòng)加大,影響傳動(dòng)精度;焊接處的虛焊、氣孔,會(huì)導(dǎo)致整體強(qiáng)度不足。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是克服上述缺陷,提供一種結(jié)構(gòu)均勻、密度高、強(qiáng)度和硬度高、尺寸誤差小的整體鍛造近終成形三聯(lián)齒輪軸。為解決上述技術(shù)問題,本實(shí)用新型提供了如下技術(shù)方案一種整體鍛造近終成形三聯(lián)齒輪軸,其包括依次鄰接的小直齒輪、大直齒輪和齒輪,以及與小直齒輪、大直齒輪和錐齒輪同軸的軸桿;兩直齒輪結(jié)合面之間為圓角過渡,圓角Rl 士 0. 5 ;大直齒輪的幅板的厚度7-8mm ;小直齒輪、大直齒輪和錐齒輪的同軸跳動(dòng)小于0. 2毫米,大直齒輪幅板處無皺折;小直齒輪、大直齒輪、傘齒輪和軸桿為整體鍛造近終成形件,其材料為鍛鋼抗拉強(qiáng)度ob(MPa)彡1080、屈服強(qiáng)度σ s (MPa)彡835、伸長(zhǎng)率δ5(%)彡10,斷面收縮率 Ψ (% )彡 45。采用了實(shí)用新型所述技術(shù)方案的有益技術(shù)效果為(1)三聯(lián)齒輪軸整體鍛造近終成形;( 對(duì)傘齒輪進(jìn)行了預(yù)鐓粗,讓齒槽處材料被擠出,這樣就不會(huì)在后道溫鍛時(shí)壓入幅輪處產(chǎn)生折疊缺陷;C3)冷擠大直齒輪,采用定位導(dǎo)向,保證傘齒模與大直齒模具的同軸度與位置度,其利用下壓力塊,防止了幅板處因擠齒產(chǎn)生變形,消除了齒根彎曲、齒面拉毛、齒模損壞缺陷,齒形沒有滾齒加工產(chǎn)生的根切。
圖1為本實(shí)用新型工序流程示意框圖。圖2為本實(shí)用新型整體鍛造近終成形三聯(lián)齒輪軸結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為幅板有折疊的立體示意圖。圖4為幅板正常的立體示意圖。圖5為定位套示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖所示,其中1為小直齒輪,2為大直齒輪,3為傘齒輪,4為柄部,5為柄端,6為定位套。圖1的工序流程示意框圖包括下料;制坯;正擠;預(yù)鐓粗,其中D為齒大端外圓直徑減6mm,齒長(zhǎng)L加6mm,柄長(zhǎng)H比下道工序短IOmm預(yù)置留料空間,d為齒小端外圓直徑減 6mm ;擠小齒;減柄,即柄端減徑成形;擠方,即柄部四方成形;擠大齒,即大齒輪成形,擠齒完成后可順帶對(duì)幅板整形。首先根據(jù)三維模似成型軟件模似冷鍛加工過程,設(shè)計(jì)制模和備料,本實(shí)施例傘齒輪軸的原料為20CrMnTi圓鋼棒料。其工藝步驟為1、取20CrMnTi圓鋼棒料鋸切,下料后原料坯重量大于成品鍛坯重量的8%。2、機(jī)加工制坯,機(jī)加工去除原料坯表面氧化皮,并且保證坯料重量大于成品鍛坯
重量3%。3、拋丸的目的是增加鍛坯表面對(duì)涂層劑的吸附能力,可選用直徑0. 8mm的鋼砂中適量加入Imm的陵角砂,充分打毛鍛坯表面形成凹坑,可在表面涂層時(shí)吸附更多的涂層劑。4、表面涂層,鍛坯表面吸附涂層劑(一種潤(rùn)滑劑),為鍛坯在模腔中擠壓流動(dòng)提供良好的潤(rùn)滑,減少流動(dòng)阻力并保護(hù)模具,防止模具拉毛。涂層時(shí)可將鍛坯加熱到250°C左右, 在1 20的石墨乳液中浸泡1分鐘后取出。5、柄部正擠,控制柄部直徑和長(zhǎng)度尺寸,直徑比下道預(yù)鐓粗小0. 2-0. 4mm,長(zhǎng)度比下道短l_2mm,方便將柄部完全放入下道模具。正擠前需要將鍛坯加熱到850°C -880°C,再放入正擠下模,上沖頭擠壓鍛坯正向擠壓柄部成形。隨時(shí)查看鍛坯有無拉毛,及時(shí)修復(fù)正擠下模。6、預(yù)鐓粗,須將傘齒部預(yù)鐓為規(guī)定尺寸的球形大小端外圓直徑均比傘齒小6mm, 高度比傘齒長(zhǎng)高6mm,球部半徑等于大端外圓直徑。并控制柄部直徑比下道擠小齒小 0. 2-0. 4mm,長(zhǎng)度比下道短10mm,方便將柄部完全放入下道模具,且為傘齒部成形預(yù)置流料空間,便于傘齒小端齒形成形充足。將保有余溫750°C _800°C的正擠后鍛坯,放入預(yù)鐓粗下模,帶有凹圓坑的上沖頭擠壓鍛坯,在鍛坯上端成形凸臺(tái),并在下模中預(yù)鐓出規(guī)定尺寸的球形,同時(shí)中間預(yù)鐓粗到接近下道擠小齒后的外圓尺寸。隨時(shí)查看鍛坯有無拉毛,及時(shí)修復(fù)預(yù)鐓粗下模。7、擠小齒,需將鍛坯重先拋丸涂層,并加熱到820°C-85(TC,然后放入帶有傘齒輪齒形的下模,上模為帶有小直齒輪齒形的沖頭。鍛坯受力后,首先預(yù)鐓的球部,在傘齒下模齒形中向下流動(dòng)并向四周展開,然后中間鐓粗的部位將繼續(xù)在上下模腔中流動(dòng),預(yù)鐓出擠大齒所需的齒坯,同時(shí)上模小直齒形中成形出小直齒輪。控制柄部直徑為成品尺寸,長(zhǎng)度比下道減柄短6mm。隨時(shí)查看鍛坯有無拉毛,及時(shí)修復(fù)擠小齒下?;蛐≈饼X上模。8、球化退火,控制加熱溫度720°C _740°C,保溫3-4小時(shí),隨爐冷卻到彡500°C后出爐空冷,控制退火硬度70-85HRB。9、磷皂化處理;具體方法如下50-60°C液溫酸洗5_10分鐘,清水漂洗1_2分鐘; 70-80°C液溫磷化10-15分鐘,清水漂洗1-2分鐘;80_95°C液溫皂化8_10分鐘。10、減柄,柄部減徑成形,是將鍛坯柄部放入減徑下模,上沖頭擠壓鍛坯頭部,鍛坯在柄端減徑擠壓出成品要求的細(xì)柄,長(zhǎng)度比成品小6mm。隨時(shí)查看鍛坯有無拉毛,及時(shí)修復(fù)減柄下模。11、擠方,柄端四方成形,是將鍛坯柄部放入四方擠壓下模,上沖頭擠壓鍛坯頭部, 鍛坯在柄端減徑擠壓出直徑長(zhǎng)度為成品要求的四方。隨時(shí)查看鍛坯有無拉毛,及時(shí)修復(fù)擠方下模。12、擠大齒,大齒輪成形,是將鍛坯放入具有大齒輪齒形的下模,上模帶有成品傘齒輪齒形及幅板處形狀,下模擠齒結(jié)束的位置安裝具有小直齒輪齒形及幅板處形狀的下壓力塊。鍛坯在上模的帶動(dòng)下首先在下模中擠壓出大直齒輪,大直齒輪擠壓完成后,鍛坯在上模及下壓力塊模腔中進(jìn)行最終的整形齒擠壓,保證三個(gè)齒輪的精度和同軸度,同時(shí)對(duì)幅板進(jìn)行平整。隨時(shí)查看鍛坯有無拉毛,及時(shí)修復(fù)擠大齒下模。實(shí)施過程中具體采取的措施有為防止傘齒面及相應(yīng)幅板面鍛造折疊,須將傘齒部預(yù)鐓為規(guī)定尺寸的球形大小端外圓直徑均比傘齒小6mm,高度比傘齒長(zhǎng)高6mm,球部半徑等于大端外圓直徑。并控制柄部直徑比下道擠小齒小0. 2-0. 4mm,長(zhǎng)度比下道短10mm,為傘齒部成形預(yù)置流料空間,便于傘齒小端齒形成形充足。瘦而高的預(yù)鐓球部,擠壓受力后, 在傘齒下模齒形中向下流動(dòng),更加充分的向四周展開。如果預(yù)鐓球部形狀過小會(huì)導(dǎo)致傘齒端面不足,靠近幅板處齒項(xiàng)端引起流料折疊;如果預(yù)鐓球部形狀過大會(huì)導(dǎo)致近傘齒幅板面上流料折疊。擠小齒時(shí),小直齒輪成形過程中由于成形壓力較大,3Cr2W8V材料的上模小直齒輪端面處圓角會(huì)快速磨損,導(dǎo)致鍛坯小直齒輪與幅板連接處Rl士0. 5超出上差,模具壽命僅能達(dá)到100件左右。通過溫鍛時(shí)溫度場(chǎng)的模擬分析,選用紅硬性高抗裂性強(qiáng)的日本溫鍛硬質(zhì)合金 VDA60作Zll直齒模具材料更合適。采用日本進(jìn)口熱鍛用高溫硬質(zhì)合金模具材料VDA60,制作小直齒輪上模,可比普通熱鍛模具材料提高10倍以上壽命,為批量生產(chǎn)模具提供穩(wěn)定的壽命保障。擠小齒時(shí),為保證傘齒及小直齒輪與柄部的同軸度要求,需要下模上面配裝圖5 所示的定位導(dǎo)向套。上下模定位導(dǎo)向套內(nèi)進(jìn)行擠小齒鐓粗?jǐn)D壓,保證上下模的同軸度,即保證了傘齒輪與小直齒輪的同軸度。本導(dǎo)向套設(shè)計(jì)為磨損后可更換的獨(dú)立組件,硬度比模具上下模具略低,起到保護(hù)模具且降低更換成本。擠大齒工序的獨(dú)特之處在于在大直齒輪擠壓完成后,鍛坯在上模及下壓力塊模腔中進(jìn)行最終的整形齒擠壓,消除齒根彎曲、齒面拉毛及齒模損壞等缺陷。保證三個(gè)齒輪的精度和同軸度,同時(shí)對(duì)幅板進(jìn)行平整。依照整體鍛造近終成形三聯(lián)齒輪軸工藝制備的齒輪軸,它包括依次鄰接的小直齒輪、大直齒輪和錐齒輪,以及與小直齒輪、大直齒輪和錐齒輪同軸的軸桿;兩直齒輪結(jié)合面之間,只允許有圓角過渡,圓角Rl士0.5 ;大直齒輪的幅板的厚度7-8mm,大直齒輪幅板處無皺折;小直齒輪、大直齒輪和錐齒輪的同軸跳動(dòng)在0.2毫米以內(nèi),大直齒輪幅板處無皺折;其特征在于小直齒輪、大直齒輪、錐齒輪和軸桿為整體鍛造近終成形件,其材料為鍛鋼抗拉強(qiáng)度Ob(MPa)彡1080、屈服強(qiáng)度σ s (MPa)彡835、伸長(zhǎng)率δ5(%)彡10, 斷面收縮率Ψ(%) :>45。產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)如下產(chǎn)品性能硬度HRC36-47.5,抗拉強(qiáng)度 1150-1540N/mm2o產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)傘齒輪模數(shù)4,齒數(shù)12,壓力角20 °,軸交角90°,精度等級(jí)(GB11365-89/8級(jí)),大直徑齒輪模數(shù)3,齒數(shù)37,壓力角20°,跨5齒公法線長(zhǎng)度 41. 4-0. 2,精度等級(jí)(GB10095-88/8級(jí)),小直徑齒輪模數(shù)3,齒數(shù)11,壓力角20°,跨2齒公法線長(zhǎng)度13. 75-0. 2,精度等級(jí)(GB10095-88/8級(jí))。 應(yīng)說明的是,以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制,盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換,而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍, 其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1. 一種整體鍛造近終成形三聯(lián)齒輪軸,其特征在于包括依次鄰接的小直齒輪、大直齒輪和齒輪,以及與小直齒輪、大直齒輪和錐齒輪同軸的軸桿;兩直齒輪結(jié)合面之間為圓角過渡,圓角Rl 士0. 5 ;大直齒輪的幅板的厚度7-8mm ;小直齒輪、大直齒輪和錐齒輪的同軸跳動(dòng)小于0. 2毫米,大直齒輪幅板處無皺折;小直齒輪、大直齒輪、傘齒輪和軸桿為整體鍛造近終成形件,其材料為鍛鋼抗拉強(qiáng)度ob (MPa):彡1080、屈服強(qiáng)度0 s (MPa):彡835、伸長(zhǎng)率 δ 5 (% ) ^ 10,斷面收縮率 Ψ (% ) ^ 45。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種整體鍛造近終成形三聯(lián)齒輪軸,其特征在于包括依次鄰接的小直齒輪、大直齒輪和齒輪,以及與小直齒輪、大直齒輪和錐齒輪同軸的軸桿;兩直齒輪結(jié)合面之間為圓角過渡,圓角R1±0.5;大直齒輪的幅板的厚度7-8mm;小直齒輪、大直齒輪和錐齒輪的同軸跳動(dòng)小于0.2毫米,大直齒輪幅板處無皺折;小直齒輪、大直齒輪、傘齒輪和軸桿為整體鍛造近終成形件,其材料為鍛鋼抗拉強(qiáng)度σb(MPa)≥1080、屈服強(qiáng)度σs(MPa)≥835、伸長(zhǎng)率δ5(%)≥10,斷面收縮率ψ(%)≥45。
文檔編號(hào)F16H55/02GK201992026SQ20102068761
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者吳玉平, 曾亞海, 陳雪鋒 申請(qǐng)人:江蘇創(chuàng)一精鍛有限公司
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