汽车变速器输入轴复合成形工艺及锻压模具

摘要

本发明提供一种汽车变速器输入轴复合成形工艺及锻造模具，工艺包括：步骤一；将毛坯放入加热炉中加热并保温，然后迅速将毛坯转移至楔横轧机；步骤二；采用楔横轧机对毛坯进行轧制，并从中部轧断分离；所述毛坯轧断分离后，形成两根对称排布的阶梯轴；步骤三；将阶梯轴置于锻压模具的型腔中进行锻造，锻造时使齿形与盲孔结构同时成形；步骤四；利用锻件的余热进行正火处理；步骤五；将锻件加工出轴部花键，并进行热处理等后续加工。本发明的成形工艺，只需对制造过程中进行一次加热，依次进行楔横轧和锻造工艺，可以节省能源，保护环境。并且，由于采用塑性成形的方法加工，不但可以提高材料利用率，节约成本，而且拥有较高机械性能。

权利要求

1.一种汽车变速器输入轴复合成形工艺，其特征在于，包括如下步骤：(1)将毛坯放入加热炉中加热并保温，然后迅速将毛坯从加热炉中取出，转移至楔横轧机；

(2)采用楔横轧机对毛坯进行轧制，并将毛坯从中部轧断分离，迅速取出转移至锻压机；所述毛坯轧断分离后，形成两根对称排布的阶梯轴；

(3)将阶梯轴置于锻压模具的型腔中进行锻造，锻造出阶梯轴端部的齿形和端面的盲孔结构，锻造时使齿形与盲孔结构同时成形；

(4)取出(3)中锻造好的锻件，利用锻件的余热进行正火处理；

(5)将(4)中正火处理后的锻件加工出轴部花键；再次在轴部涂防渗剂，并进行渗碳淬火，低温回火处理；并且在热处理之后进行磨齿、磨外圆工艺；

其中，所述毛坯的直径小于所述输入轴齿根圆的直径；

其中，所述(2)中的楔横轧机为双辊楔横轧机；

其中，所述锻压模具包括：下模体和上模体；

所述下模体上开设有轴部型腔，所述轴部型腔用于成形所述输入轴的轴部；

所述上模体包括上模外套、齿形模具和弹簧组；所述齿形模具设置于所述上模外套内；

所述上模外套内还设置有用于容置所述弹簧组的弹簧圈，所述弹簧组的两端分别与所述齿形模具和上模外套相接触，以将所述齿形模具压紧在所述下模体上；

所述上模体还包括用于锻造的上冲；所述上冲设置于所述上模体内，并可相对所述齿形模具上下滑动，且所述上冲的下端位于所述齿形模具的模腔内；

其中，所述下模体包括：下模座、轴部凹模以及下压板；所述下压板固定于所述下模座的顶部，并使所述轴部凹模固定于所述下模座上；

其中，所述轴部型腔开设于所述轴部凹模上。

说明书

汽车变速器输入轴复合成形工艺及锻压模具

技术领域

[0001] 本发明涉及材料成型技术，特别是指一种汽车变速器输入轴复合成形工艺及锻压模具，属于汽车制造技术领域。

背景技术

[0002] 近年来，汽车行驶过程中，变速器输入轴是重要的传动部件，输入轴顶端的齿轮与变速机构相连，输入轴轴部花键通过离合器与发动机相连。

[0003] 现有技术中，输入轴的主要加工工艺为：锻坯—精车(钻孔)—滚花键—滚齿—渗碳淬火—磨外圆—磨齿。由于采用切削的方式进行加工，不但加工工时长，而且破坏了金属的纤维组织，从而影响齿轮的弯曲疲劳强度、齿面接触疲劳强度与耐磨性，减低工件使用寿命。

[0004] 现有技术中也可以采用楔横轧的方法来加工阶梯轴坯料，但是由于输入轴顶部齿形还要进行切削加工，该部分为轧件直径最大部位，在轧制过程不会产生变形，也就不会有晶粒细化的效果，反而会因为加热过程恶化金属性能，从而影响齿轮强度。

[0005] 另外，现有技术中还采用冷挤压的方法加工阶梯轴，但受到工艺和断面收缩率所限，需要多工步加工，并且磷化皂化处理造成污染。

[0006] 因此，采用现有技术加工制造输入轴，要么会使加工出的齿轮轴齿形强度有所降低，要么会大幅度增加工件的加工工步，两者不可兼得。

发明内容

[0007] 本发明提供一种节约材料、加工效率高，并且能够保证工件优良的机械性能的汽车变速器输入轴复合成形工艺。

[0008] 为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种汽车变速器输入轴复合成形工艺，包括如下步骤：

[0009] (1)将毛坯放入加热炉中加热并保温，然后迅速将毛坯从加热炉中取出，转移至楔横轧机；

[0010] (2)采用楔横轧机对毛坯进行轧制，并将毛坯从中部轧断分离，迅速取出转移至锻压机；所述毛坯轧断分离后，形成两根对称排布的阶梯轴；

[0011] (3)将阶梯轴置于锻压模具的型腔中进行锻造，锻造出阶梯轴端部的齿形和端面的盲孔结构，锻造时使齿形与盲孔结构同时成形；

[0012] (4)取出(3)中锻造好的锻件，利用锻件的余热进行正火处理；

[0013] (5)将(4)中正火处理后的锻件加工出轴部花键；在轴部涂防渗剂，并进行渗碳淬火，低温回火处理；并且在热处理之后进行磨齿、磨外圆工艺。

[0014] 其中，所述毛坯的直径小于所述输入轴齿根圆的直径。

[0015] 其中，所述(2)中的楔横轧机为双棍楔横轧机。

[0016] 本发明还提供一汽车变速器输入轴复合成形锻压模具，包括：下模体和上模体；

[0017] 所述下模体上开设有轴部型腔，所述轴部型腔用于成形所述输入轴的轴部；

[0018] 所述上模体包括上模外套、齿形模具和弹簧组；所述齿形模具设置于所述上模外套内；

[0019] 所述上模外套内还设置有用于容置所述弹簧组的弹簧圈，所述弹簧组的两端分别与所述齿形模具和上模外套相接触，以将所述齿形模具压紧在所述下模体上；

[0020] 所述上模体还包括用于锻造的上冲；所述上冲设置于所述上模体内，并可相对所述齿形模具上下滑动，且所述上冲的下端位于所述齿形模具的模腔内。

[0021] 其中，所述下模体包括：下模座、轴部凹模以及下压板；所述下压板固定于所述下模座的顶部，并使所述轴部凹模固定于所述下模座上。

[0022] 其中，所述轴部型腔开设于所述轴部凹模上。

[0023] 本发明的上述技术方案的有益效果如下：

[0024] 上述方案中，本发明的汽车变速器输入轴复合成形工艺，一次加热后，依次进行楔横轧和锻造工艺，不仅节省能源，还不产生污染，保护了环境。并且，本发明工艺主要是采用塑性成形的方法加工，不但可以提高材料利用率，节约成本，而且可以提高产品机械性能。

附图说明

[0025] 图1为本发明的实施例的汽车变速器输入轴复合成形工艺的流程示意图；

[0026] 图2为本发明的实施例的汽车变速器输入轴复合成形工艺中楔横轧模具展开图；

[0027] 图3为图2中A-A处截面图；

[0028] 图4为图2中B-B处截面图；

[0029] 图5为图2中C-C处截面图；

[0030] 图6为本发明的实施例的汽车变速器输入轴复合成形锻压模具的结构图。

[0031] [主要元件符号说明]

[0032] 1、输入轴；

[0033] 11、盲孔结构；

[0034] 12、齿形；

[0035] 13、轴部花键；

[0036] 2、锻件；

[0037] 3、阶梯轴；

[0038] 4、毛坯；

[0039] 8、上模体；

[0040] 80、上模套；

[0041] 81、齿形模；

[0042] 82、弹簧组；

[0043] 85、上冲；

[0044] 9、下模体；

[0045] 90、下模座；

[0046] 91、轴部凹模；

[0047] 92、下压板。

具体实施方式

[0048] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

[0049] 如图1所示，本发明的实施例的汽车变速器输入轴复合成形工艺，用于将毛坯4加工成汽车变速器的输入轴1，毛坯4一般采用的材料为20CrMnTiH，其外型呈圆柱形；最终成品为输出轴4，输出轴4的齿形12螺旋角为31°，法面模数为2.5mm，齿数21个。

[0050] 成形工艺具体包括如下步骤：

[0051] (1)将毛坯4放入加热炉中加热并保温，然后迅速将毛坯4从加热炉中取出，转移至楔横轧机。将毛坯4加热到1100℃±50℃，并保温20分钟。

[0052] (2)采用楔横轧机对毛坯4进行轧制，并将毛坯从中部轧断分离，迅速取出转移至锻压机；所述毛坯轧断分离后，形成两根对称排布的阶梯轴3；楔横轧机一般采用双棍楔横轧机，优选采用H630型双辊楔横轧机。楔横轧机首先将毛坯轧制成两端对称的形状，并通过模具上的切刀将两个对称形状的坯料切断分开。

[0053] (3)将阶梯轴3置于锻压模具的型腔中进行锻造，锻造出阶梯轴端部的齿形12和端面的盲孔结构11，锻造时使齿形12与盲孔结构11同时成形；

[0054] (4)取出(3)中锻造好的锻件2，利用锻件2的余热进行正火处理；

[0055] (5)将(4)中正火处理后的锻件2加工出轴部花键13；在加工出轴部花键后，在轴部涂防渗剂，并进行渗碳淬火，低温回火处理；并且在热处理之后进行磨齿、磨外圆工艺；从而形成最终的输入轴1。

[0056] 本发明实施例的变速器输入轴复合成形工艺，一次加热后，依次进行楔横轧和锻造工艺，可以节省能源，保护环境。并且，本发明的工艺主要采用塑性成形的方法加工，不但可以提高材料利用率，节约成本，而且可以提高机械性能。

[0057] 在上述实施例的基础上，进一步的，在进行加工之前选用毛坯时，毛坯4的直径小于所述输入轴1齿根圆的直径。这样的选择可以使毛坯4在楔横轧过程中断面收缩率较小，轧制相对容易，从而楔横轧模具寿命更高。

[0058] 如图2到图5所示；本实施例在进行楔横轧过程中，即(2)中，采用楔横轧机轧制过程中需要进行两次起楔，两次起楔的断面收缩率分别为75％和40％。

[0059] 如图3，第一次起楔，收缩率为75％，成形角α为18°，展宽角β为8°，分段轧齐，成形阶梯轴直径较大的三段。

[0060] 如图4，第二次起楔成形末端直径最小的部分，第二次起楔，收缩率为40％，成形角为28°，展宽角为8°。如图5，模具上设计有一个切刀，切分段成形角82°，用于将两根阶梯轴分离。楔横轧机在轧制中的转速保持在8转/分。

[0061] 如图6，在(3)中，本实施例的模具包括：下模体9和上模体8；所述下模体9上开设有轴部型腔，该轴部型腔用于对输入轴的轴部13进行成形。本模具的分模面处于齿形与长轴交界处，使齿形与长轴分开出模；很显然的，坯料的轴部位于轴部型腔时，阶梯轴3的顶端是位于下模体9的上表面之上的。

[0062] 其中，所述上模体8包括上模外套80、齿形模具81和弹簧组82；所述齿形模具81设置于上模外套80内。所述上模外套80内还设置有用于容置所述弹簧组82的弹簧圈，所述弹簧组82的两端分别与所述齿形模具81和上模外套80相接触；本发明的模具型腔闭合时，所述弹簧组82将所述齿形模具81压紧在所述下模体9上。所述弹簧圈用于容置弹簧组82，并起到保护弹簧组82的目的，并且用于控制和引导弹簧组的收缩及伸长方向。

[0063] 所述上模体8还包括用于锻造的上冲85；所述上冲85设置于上模体8内，并可相对所述齿形模具81的上下滑动，且所述上冲85的下端位于齿形模具81的模腔内。

[0064] 在输入轴1具有盲孔11时，所述上冲85还可以用于成形盲孔结构。

[0065] 所述弹簧组82使齿形模具81处于低位，齿形模具81和轴部凹模91合模使齿形模具81的型腔封闭，在锻造的过程中，上冲85下压对阶梯轴3进行锻造。所述上模外套80在锻造过程中与压力机的滑块相固定，对模具起到保护、支撑以及限位的作用。所述下模体9固定在压力机工作台上，其上设置的轴部型腔用于容置和锻造输入轴1的轴部。其中齿形模具
81、弹簧组82以及弹簧圈组成浮动上模结构，弹簧组82使齿形模具81始终位于低位，形成向下浮动的状态。

[0066] 本发明实施例的模具通过下模体的轴部型腔对齿轮轴的轴部进行锻造，上模体的弹簧组将齿形模具压紧在轴部凹模上；再通过上冲下压，在完成对齿轮轴锻造。在本发明的模具中，由于弹簧圈、弹簧组以及上模外套组成浮动结构，使得齿形模具处于低位，形成先合模成封闭型腔，后锻造的过程，不但提高了材料利用率，节约成本，而且其机械性能优于切削加工的工件。

[0067] 在上述实施例的基础上，所述下模体9包括：下模座90、轴部凹模91以及下压板92；下压板92固定于下模座90的顶部，并使轴部凹模91固定于下模座90上。具体的，所述齿形模具81和所述轴部凹模接触时是开始锻造的时刻，所述上模外套80和所述下压板92接触时是锻造完成的时刻。所述轴部型腔开设于轴部凹模91上

[0068] 本发明实施例的变速器输入轴复合成形工艺，其优势在于：

[0069] (1)轧锻结合，代替现有工艺中的锻坯、精车、滚齿以及钻孔等工序，很大程度上节省加工工时和原材料，降低加工成本；

[0070] (2)塑性加工方法代替机加工方法可以保证金属流线不被破坏，使工件拥有较好的机械性能；

[0071] (3)只需一次加热后依次进行两步塑性加工，余热可以进行正火处理，省去了现有工艺中多次升温降温的过程，节省能源，减少排放，节能环保；

[0072] (4)由于齿形在锻造过程中成形，所以与传统楔横轧制坯比较，可以采用小于齿根圆直径的坯料进行轧制，断面收缩率较小，轧制相对容易，模具寿命更高。对于一些顶部带有盲孔的输入轴，无需钻孔工序，且齿形部分经过锻造，机械性能更佳。

[0073] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。