空心轴及其冷锻工艺

技术领域

本申请涉及金属成型领域，具体而言，涉及一种空心轴及其冷锻工艺。

背景技术

随着汽车等机械对轻量化设计的要求越来越高，实心轴的应用逐渐被空心轴取代。空心轴与实心轴相比有质量更轻，表面积大更容易冷却等优点。

传统空心轴旋锻工艺可分为冷锻、温锻、热锻，根据毛坯与最终截面的面积比和减少率的不同来定义采用那种锻造方式，目前采用温锻和热锻工艺较为常见，并没有采用冷锻工艺，因没有内部冷却工装，对原材料和芯棒要求较高。而且国内大多数厂家出于经济性，常采用旋压工艺，旋压工艺缺点为1、不会对材料组织做更变，强度无法提升；2、旋压处其轴内部型腔会出现褶皱，起皮现象，会形成金属、纤维堆积，后道的清洗无法冲洗干净，易出现油路堵塞和导电风险；且现有技术中在选材时为了保证不会出现开裂等问题通常采用的是实心管胚料，但是也相应的增加了工艺步骤，需要对锻造过程中将实心管胚料进行内部钻孔使其成空心管，使得制备复杂。

发明内容

本申请的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本申请的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。

为了解决以上背景技术部分提到的技术问题，本申请的一些实施例提供了一种空心轴冷锻工艺，包括如下步骤：

S0；选材，棒料为空心管胚料；

S1：对空心管胚料进行冷锻，获得旋锻毛坯；

S2：对旋锻毛坯进行机加工，获得管状粗胚；

S3：对管状粗胚进行铣槽、油孔加工；

S4：对管状粗胚进行粗滚花键工艺；

S5：对管状粗胚进行热处理；

S6：对管状粗胚进行磨削，获得管状细胚；

S7：对管状细胚进行精加工，完成空心轴的生产；

本申请通过冷锻方式改变材料晶粒度的状态，从而提升强度；同时在冷锻过程中棒料型腔光洁，不会出现褶皱、起皮现象。且相对比实心棒料，能够节省材料成本。

进一步地，棒料为空心管胚料。

进一步地，步骤S1中，采用冷锻的方式对棒料两端进行径向拉伸锻造，使棒料两端缩口，形成旋锻毛坯。

进一步地，步骤S2中，机加工包括双面车床、数控车床；通过双面车床上的主轴夹头对毛坯进行夹持，再通过切削加工，同时去除胚料左右两端多余的坯面；通过数控车床上的三爪对双面车床加工好的工件外径进行夹持，通过切削工艺，将主轴夹持处多余的毛坯面进行去除。

进一步地，热处理采用模块化低压渗碳真空热处理方式。

进一步地，模块化低压渗碳真空热处理包括：清洗、加热渗碳、淬火、回火4个步骤；清洗过程中，将温度控制在50℃，清洗时间为50分钟，漂洗时间为50分钟，最后进行烘干，烘干时间为70分钟；加热渗碳时，将管状粗胚加热至820℃，保温60分钟，该加热时间为80分钟；渗碳时间为100分钟，渗碳结束后采用炉冷方式，炉冷温度为860℃，炉冷时间为15分钟，保温时间为45分钟。淬火过程中，淬火时间为70分钟。回火过程中，采用氮气洗炉8分钟，然后升温至170℃，保温时间为180分钟。

进一步地，在热处理前，采用内螺纹用防渗堵头进行防渗处理。

进一步地，步骤S6中，磨削方式采用数控磨床加工，对管状粗胚的油孔进行磨削，及磨削管状粗胚的各个挡位外径，获得管状细胚。

进一步地，步骤S7中，对管状细胚一端的花键进行精度加工，同时对管状细胚的端面、镗孔进行精度加工。

一种空心轴，该空心轴根据空心轴冷锻工艺制成。

进一步地，空心轴包括内圆和外圆；内圆具有依次连接的第一内圆面、内径扩张过渡面、扩张内圆面、第一内径收缩过渡面、收缩内圆面、第二内径收缩过渡面、第二内圆面；外圆具有依次连接的定位外圆面、外径扩张过渡面、扩张外圆面、外径收缩过渡面、收缩外圆面、滚压花键面。

本申请的有益效果在于：

1、通过冷锻方式可改变材料晶粒度，材料晶粒度更为细致，提升强度约15％。

2、节省材料成本，相对比实心棒料，成本可节省12.8％。

3、解决型腔内壁的褶皱，起皮现象，保证客户清洁度指标。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

另外，贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，元件和元素不一定按照比例绘制。

在附图中：

图1是本申请选用的空心管胚料；

图2是根据步骤S1冷锻制成出的旋锻毛坯的示意图；

图3是根据步骤S2制备出的管状粗胚的示意图；

图4是根据步骤S4-S7制备出的示意图；

图5是根据本申请实施例的整体示意图；

图6是根据图5的剖视图；

图7是图6的A部放大图。

附图标记：

1、第一内圆面；2、内径扩张过渡面；3、扩张内圆面；4、第一内径收缩过渡面；5、收缩内圆面；6、第二内径收缩过渡面；7、第二内圆面；8、定位外圆面；9、外径扩张过渡面；10、扩张外圆面；11、外径收缩过渡面；12、收缩外圆面；13、滚压花键面；14、油孔；15、清角。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要注意，本公开中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本公开中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

参照图1-7，空心轴冷锻工艺，包括如下步骤：

S0；选材，棒料为空心管胚料；

S1：对空心管胚料进行冷锻，获得旋锻毛坯；

S2：对步骤S1获得旋锻毛坯进行机加工，获得管状粗胚；

S3：对步骤S2的管状粗胚进行铣槽、油孔加工；

S4：对管状粗胚进行粗滚花键工艺；

S5：对管状粗胚进行热处理、打码；

S6：对管状粗胚进行磨削，获得管状细胚；

S7：对管状细胚进行精加工，完成空心轴的生产。

上述技术方案进一步的，在步骤S1之前，选用的空心管胚料与实心管坯料硬度比一致。且为了避免空心管胚料出现开裂等风险，可先对空心管胚料进行正火或球化处理。

在步骤S1中，共采用两次冷锻，先将空心棒料一端通过夹持组件夹持，对另一端通过锥头锻造。使棒料一端进行径向拉伸及变形；再将空心棒料反向放置，重复上述操作一次，使棒料两端缩口，形成旋锻毛坯。该上述冷锻工艺第一次工时从输送至锥头锻造为65秒，第二次工时为50秒，从而通过冷锻工艺能够缩短制造旋锻毛坯的时间。且通过冷锻方式改变材料晶粒度，从而提升强度约15％；同时在冷锻过程中棒料型腔光洁，不会出现褶皱、起皮现象。且相对比实心棒料，能够节省材料成本，成本可节省12.8％。

在步骤S2中，机加工包括双面车床、数控车床；通过双面车床上的主轴夹头对旋锻毛坯进行夹持，再通过切削加工，同时去除胚料左右两端多余的毛坯面；再通过数控车床上的三爪对双面车床加工好的工件外径进行夹持，通过切削工艺，进一步的将主轴夹头处多余的毛坯面进行去除。

在步骤S4中，采用滚齿机，对管状粗胚一端进行粗滚花键工艺。

在步骤S5中，热处理采用模块化低压渗碳真空热处理方式。

模块化低压渗碳真空热处理包括：清洗、加热渗碳、淬火、回火等4个步骤。其中，清洗时，将温度控制在50℃，清洗时间为50分钟，漂洗时间为50分钟，最后进行烘干，烘干时间为70分钟。加热渗碳时，将管状粗胚加热至820℃，保温60分钟，该加热时间为80分钟；渗碳时间为100分钟，渗碳结束后采用炉冷方式，炉冷温度为860℃，炉冷时间为15分钟，保温时间为45分钟。淬火过程中，淬火时间为70分钟。回火过程中，采用氮气洗炉8分钟，然后升温至170℃，保温时间为180分钟。使得管状粗胚表面无氧化皮，生锈，磕碰伤等缺陷，从而提高产品的质量。现有技术中，在热处理过程中，通常是将旋锻毛坯水平放置，但是在淬火，冷却等热处理过程中因产品本身重量，会导致产品变形，翘曲等情况会更严重。因此，本申请将旋锻毛坯竖直状态进行渗碳，可避免重量原因导致的变形。

然后采用M12内螺纹用防渗堵头进行防渗处理，保证内螺纹不能淬透。热处理完成后需要进行防锈处理。从而通过热处理的处理后得到表面硬度和金相组织等级，表面硬度在58-63HRC，金相等级≤3级，硬度保证零件耐磨，金相组织保证零件强度。

在步骤S5中，热处理后管状粗胚需满足表面硬度，金相组织等级要求；打码采用基恩士扫描，根据需求进行打标并对打码等级符合C级以上要求。

在步骤S6中，磨削方式采用数控磨床加工，数控磨床加工可采用恒博磨床。对管状粗胚的油孔进行磨削，然后对管状粗胚的外轮廓进行磨削，及磨削管状粗胚的各个挡位的外径，从而获得管状细胚。其中，对油孔磨削时，需将油孔两端60°圆锥面全部光出，保证不会留下氧化皮或盐类等杂质。磨削时间为5S-8S。

在步骤S7中，对管状细胚一端的花键进行精度加工，同时对管状细胚的端面、镗孔进行精度加工生成空心轴，且对空心轴进行测头测量尺寸，进一步的保证空心轴的精度；该操作方式采用数控双面车床。

本发明还提供一种空心轴，该空心轴根据本发明所述的空心轴冷锻工艺制成。空心轴包括内圆和外圆。内圆具有依次连接的第一内圆面1、内径扩张过渡面2、扩张内圆面3、第一内径收缩过渡面4、收缩内圆面5、第二内径收缩过渡面6、第二内圆面7；外圆具有依次连接的定位外圆面8、外径扩张过渡面9、扩张外圆面10、外径收缩过渡面11、收缩外圆面12、滚压花键面13。

扩张外圆面10上开设有油孔14。

外径扩张过渡面9与扩张外圆面10连接处具有清角15。

外径收缩过渡面11具有用于步骤S5中的打码区域。

以上描述仅为本公开的一些较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开的实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开的实施例中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。