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