一种高硬度中碳钢冷挤压成形异形花键轴工艺

技术领域

本发明涉及汽车零配件生产技术领域，具体是一种高硬度中碳钢冷挤压成形异形花键轴工艺。

背景技术

冷挤压技术是一种高效的少切屑加工技术，精度高，具有较高的生产效率成形后可以获得较高的综合力学性能和较好的制品表面质量。随着汽车向高性能、低成本、低能耗方向的发展，采用冷挤压工艺净成形小尺寸或近成形复杂的汽车零件是当今汽车制造业的发展趋势。

异形花键轴冷挤压一般采用低碳钢，其工艺为：锯料，退火软化，车削，抛丸，磷化、皂化处理，挤压(减径挤压)之后采用淬火处理，再进行校直处理，机械加工；中碳钢工艺为：锯料，退火软化，车削，抛丸，磷化、皂化处理，挤压(减径挤压)之后采用淬火处理或调质处理，再进行校直处理。由此可知，现有技术主要是通过退火软化材料后，对材料进行车削、挤压定型后，再次进行热处理，必要时再通过机加工的方式对零件的最终需要得到的尺寸进行加工。然而，在一些细长轴类带有异形花键，挤压成形之后花键轴会有弯曲，再做热处理，会导致齿形变形的情况，并且当齿形变形后很难通过校直或其他工艺来调整，也难以保留挤压成形后的金属流线。

例如CN 113843587 A一种调节卡套的成形工艺，该工艺的步骤包括：步骤一：下料采用圆盘锯对坯料进行锯断下料得到坯件；步骤二：倒角通过倒角机对坯件的两个端面进行倒角；步骤三：球化退火将倒角工序完成后的坯件放入退火炉内对坯料进行球化退火；步骤四：抛丸采用滚筒式抛丸机对下料后的坯件进行抛丸处理，以去除坯件表面的氧化皮与附着物；步骤五：皮膜处理对抛丸处理后的坯件进行皮膜处理；步骤六：冷挤压；步骤七：中间机加工将冷挤压后的坯件安装在车床上车削出内孔台阶，并将坯件车削出总长，同时车削坯件外径以确保同心度；步骤八：挤花键通过冷挤压花键成形模具将坯件内表面挤压出花键形状；通过冷挤压成形模具将坯件头部挤压出台阶并在其内部挤压出内表面。虽然该工艺提高了材料的利用率，减少了机加工成本，然而该工艺的实施步骤多，间接导致了时间成本和经济成本的增加，且通过退火后再进行车削处理，容易使得到的产品内部金属流线结构有出现破坏的风险，大车削量车削时，容易出现铁屑缠绕情况，损坏刀具情况

发明内容

发明目的：为了解决现有技术的不足,本发明提供了一种高硬度中碳钢冷挤压成形异形花键轴工艺，在冷挤压完零件的齿部后便无需再加工，可大大提高生产效率，且产品尺寸稳定、有效利用材料，优化产品性能。

技术方案：为了实现以上目的，本发明所述的一种高硬度中碳钢冷挤压成形异形花键轴工艺，其特征在于，该工艺的具体步骤如下：

步骤一：锯料

选择名义重量与锻件重量相同的圆柱形棒料，然后通过下料机进行锯断下料得到坯件；

步骤二：正火处理

对下料后的坯件进行正火处理，正火处理时间为540min～660min，正火温度为760℃～850℃，保温时间为180min～240min，保温结束后待其冷却；

步骤三：机加工

根据导流凹模角度，通过机加工的方式将冷却后的坯件的端部加工成与导流凹模相匹配的角度；

步骤四：抛丸

将车削处理后的坯件通过滚筒式抛丸机对棒料进行抛丸处理以去除棒料表面的氧化皮与附着物；

步骤五：磷皂化

对抛丸处理后的坯件进行磷皂化处理，皂化浓度增大至10％，皂化液的温度为90℃～95℃，皂化时间为13min～15min；

步骤六：润滑

对磷皂化后的坯件进行表面润滑加涂超细二硫化钼粉末涂覆处理；

步骤七：冷挤压齿形

将磷皂化处理后的坯件放在挤齿模具内，坯件的上方设有冲头，坯件上方的冲头随着压力机的滑块向下运动，对坯件进行冲压，得到坯件下方的齿形部分，然后压力机控制冲头向坯件的反方向运动，移开模具，顶柱顶出挤齿完成后的坯件，由于通用的挤压模具结构和工作原理都属于比较成熟的现有技术，此处不作重复说明；

作为本发明的进一步优选，步骤二中，正火处理后坯件的硬度HRC≤32，此时，坯件为带有部分球状珠光体的正火组织，而现有技术中为了防止坯件硬度过高会避免使用正火处理，因为通常认为的过高的硬度会导致无法将坯件挤压至所需形状。因此通常采用球化退火，通过球化退火软化坯件使坯件得到珠光体、在车削、挤压工序后再采用淬火或调质处理，必要时还需要机加工处理以达到所需精度，工序复杂。

作为本发明的进一步优选，步骤三中，所述的机加工为数控机床加工或车床车削加工。

作为本发明的进一步优选，步骤三中，所述坯件的端部和与其匹配的导流凹模的角度和尺寸相同。

作为本发明的进一步优选，所述坯件和导流凹模的角度和尺寸都是4.5x80°，该尺寸有利于坯件与模具接触时的相互贴合，使后期在挤压工序时坯件的流动会更顺畅。

作为本发明的进一步优选，步骤四中，所述的抛丸机中的抛丸粒子直径为1.2mm～1.8mm,抛丸时间为20min～25min，通过抛丸处理去除棒料表面的氧化皮与附着物,且采用大直径丸粒进行抛丸可以增加坯料表面积，大丸粒可以将棒料表面的抛丸凹坑增大。

作为本发明的进一步优选，步骤六中，所述的涂覆处理的尺寸为坯件的挤齿端。

作为本发明的进一步优选，步骤一中，通过风冷的方式对坯件进行冷却。

有益效果：本发明所述的一种高硬度中碳钢冷挤压成形异形花键轴工艺，与现有技术相比，具有以下优点：

1、通过本发明的加工工序得到的齿形部分力学性能提高，不需后续热处理加工，提高生产效率，提高齿形精度；

2、直接正火处理后进行车削、磷皂化处理、冷挤压齿形，从而保证成品的力学性能更好，材料利用率高；

3、克服了现有技术中普遍认为正火处理后的材料硬度太高无法挤压的困难；

4、正火处理后的材料内部组织为带有部分球状珠光体的正火组织，在保证材料硬度的情况下便于材料组织在挤压过程中流动，避免了现有技术中球化退火得到大量珠光体且在车削、挤压工序后，还需要采用淬火或调质处理，通过正火处理后的材料加工异形花键能在保证了材料的力学性能的情况下减少了加工的工序；

5、解决了现有技术中对于细长轴类带有异形花键，挤压成形之后花键轴会有弯曲，再做热处理，会导致齿形变形的情况，避免了当齿形变形后很难通过校直或其他工艺来调整，也难以保留挤压成形后的金属流线的情况发生。

附图说明

图1为坯件的成形工序图；

图2挤齿模具的全剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

如附图所示，本发明所述的一种高硬度中碳钢冷挤压成形花键轴工艺，该工艺的具体步骤为：锯料、正火处理、机加工、抛丸、磷皂化、润滑、冷挤压齿形。

实施例1

步骤一：锯料

选择名义重量与锻件重量相同的圆柱形棒料，然后通过下料机进行锯断下料得到坯件10；

步骤二：正火处理

对下料后的坯件10进行正火处理，正火处理时间为540min，正火温度为760℃，保温时间为180min，保温结束后通过风冷的方式对坯件10进行冷却，正火处理后坯件10的硬度HRC为30；

步骤三：机加工

根据导流凹模角度，通过数控机床加工或车床车削加工的方式将冷却后的坯件10的端部加工成与导流凹模相匹配的角度，坯件10的端部和与其匹配的导流凹模的角度和尺寸都是4.5x80°；

步骤四：抛丸

将车削处理后的坯件10通过滚筒式抛丸机对棒料进行抛丸处理以去除棒料表面的氧化皮与附着物，抛丸机中的抛丸粒子直径为1.2mm，抛丸时间为20min；

步骤五：磷皂化

对抛丸处理后的坯件10进行磷皂化处理，皂化浓度增大至10％，皂化液的温度为90℃，皂化时间为13min；

步骤六：润滑

对磷皂化后的坯件(10)进行表面润滑加涂超细二硫化钼粉末涂覆处理，涂覆处理的尺寸为坯件(10)的挤齿端；

步骤七：冷挤压齿形

将磷皂化处理后的坯件10放在挤齿模具11内，坯件10的上方设有冲头12，坯件10上方的冲头12随着压力机的滑块向下运动，对坯件10进行冲压，得到坯件10下方的齿形部分，然后压力机控制冲头12向坯件10的反方向运动，移开模具11，顶柱13顶出挤齿完成后的坯件10，如图2所示。

实施例2

步骤一：锯料

选择名义重量与锻件重量相同的圆柱形棒料，然后通过下料机进行锯断下料得到坯件10；

步骤二：正火处理

对下料后的坯件10进行正火处理，正火处理时间为560min，正火温度为780℃，保温时间为200min，保温结束后通过风冷的方式对坯件10进行冷却，正火处理后坯件10的硬度HRC为31；

步骤三：机加工

根据导流凹模角度，通过数控机床加工或车床车削加工的方式将冷却后的坯件10的端部加工成与导流凹模相匹配的角度，坯件10的端部和与其匹配的导流凹模的角度和尺寸都是4.5x80°；

步骤四：抛丸

将车削处理后的坯件10通过滚筒式抛丸机对棒料进行抛丸处理以去除棒料表面的氧化皮与附着物，抛丸机中的抛丸粒子直径为1.4mm,抛丸时间为22min；

步骤五：磷皂化

对抛丸处理后的坯件10进行磷皂化处理，皂化浓度增大至10％，皂化液的温度为92℃，皂化时间为14min；

步骤六：润滑

对磷皂化后的坯件10进行表面润滑加涂超细二硫化钼粉末涂覆处理，涂覆处理的尺寸为坯件10的挤齿端；

步骤七：冷挤压齿形

将磷皂化处理后的坯件10放在挤齿模具11内，坯件10的上方设有冲头12，坯件10上方的冲头12随着压力机的滑块向下运动，对坯件10进行冲压，得到坯件10下方的齿形部分，然后压力机控制冲头12向坯件10的反方向运动，移开模具11，顶柱13顶出挤齿完成后的坯件10，如图2所示。

实施例3

步骤一：锯料

选择名义重量与锻件重量相同的圆柱形棒料，然后通过下料机进行锯断下料得到坯件10；

步骤二：正火处理

对下料后的坯件10进行正火处理，正火处理时间为580min，正火温度为800℃，保温时间为220min，保温结束后通过风冷的方式对坯件10进行冷却，正火处理后坯件10的硬度HRC为30；

步骤三：机加工

根据导流凹模角度，通过数控机床加工或车床车削加工的方式将冷却后的坯件10的端部加工成与导流凹模相匹配的角度，坯件10的端部和与其匹配的导流凹模的角度和尺寸都是4.5x80°；

步骤四：抛丸

将车削处理后的坯件10通过滚筒式抛丸机对棒料进行抛丸处理以去除棒料表面的氧化皮与附着物，抛丸机中的抛丸粒子直径为1.6mm,抛丸时间为24min；

步骤五：磷皂化

对抛丸处理后的坯件10进行磷皂化处理，皂化浓度增大至10％，皂化液的温度为94℃，皂化时间为13min；

步骤六：润滑

对磷皂化后的坯件10进行表面润滑加涂超细二硫化钼粉末涂覆处理，涂覆处理的尺寸为坯件10的挤齿端；

步骤七：冷挤压齿形

将磷皂化处理后的坯件10放在挤齿模具11内，坯件10的上方设有冲头12，坯件10上方的冲头12随着压力机的滑块向下运动，对坯件10进行冲压，得到坯件10下方的齿形部分，然后压力机控制冲头12向坯件10的反方向运动，移开模具11，顶柱13顶出挤齿完成后的坯件10，如图2所示。

实施例4

步骤一：锯料

选择名义重量与锻件重量相同的圆柱形棒料，然后通过下料机进行锯断下料得到坯件10；

步骤二：正火处理

对下料后的坯件10进行正火处理，正火处理时间为660min，正火温度为850℃，保温时间为240min，保温结束后通过风冷的方式对坯件10进行冷却，正火处理后坯件10的硬度HRC为32；

步骤三：机加工

根据导流凹模角度，通过数控机床加工或车床车削加工的方式将冷却后的坯件10的端部加工成与导流凹模相匹配的角度，坯件10的端部和与其匹配的导流凹模的角度和尺寸都是4.5x80°；

步骤四：抛丸

将车削处理后的坯件10通过滚筒式抛丸机对棒料进行抛丸处理以去除棒料表面的氧化皮与附着物，抛丸机中的抛丸粒子直径为1.8mm,抛丸时间为25min；

步骤五：磷皂化

对抛丸处理后的坯件10进行磷皂化处理，皂化浓度增大至10％，皂化液的温度为95℃，皂化时间为15min；

步骤六：润滑

对磷皂化后的坯件10进行表面润滑加涂超细二硫化钼粉末涂覆处理，涂覆处理的尺寸为坯件10的挤齿端；

步骤七：冷挤压齿形

将磷皂化处理后的坯件10放在挤齿模具11内，坯件10的上方设有冲头12，坯件10上方的冲头12随着压力机的滑块向下运动，对坯件10进行冲压，得到坯件10下方的齿形部分，然后压力机控制冲头12向坯件10的反方向运动，移开模具11，顶柱13顶出挤齿完成后的坯件10，如图2所示。

实验数据

以下为现有工艺路线和本发明所述工艺路线的实验对比，具体如下：

根据对比可知，本工艺路线和现有工艺路线具有以下优点：

1、总体加工步骤少，总工时少；

2、本工艺路线材料采用正火处理，为高硬度，挤压之后无需淬火处理或者调质处理；

3、本工艺只需车削材料端面用时10S，现有工艺需车削减径挤压整体区域用时大约45S,本工序用时较少；

4、本工艺路线采用正挤压方式，挤压后异形花键轴不会弯曲；

5、本工艺路线挤压之后不做热处理，因此异形花键不会产生热处理变形；

6、无须校直处理；

7、现有工艺路线校直之后有出现裂纹风险；

上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做出的等同变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。