专利名称：汽车花键轴的亚热控制精锻工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车零件的精密锻造工艺，具体是一种汽车花键轴的亚热控制精锻工艺。用于金属塑性加工领域。
背景技术：
精密锻造是通过正挤压、反挤压、径向挤压、镦粗、精压等基本工序或其组合，来获取净成形或近似净成形锻件的方法。我国加工行业将在室温进行正挤压、反挤压、径向挤压称作冷挤，将镦粗加冷挤压称为冷锻；将钢材在室温以上到850℃的挤压、镦粗加工称为温锻。通常情况下所指的精密锻造包括冷锻和温锻，其变形温度是在室温或在室温以上、材料的完全再结晶以下的温度范围内。花键轴是汽车传动系统的重要零件，目前国内大多采用热模锻制作头部，而花键用机加工的方法生产。
经文献检索发现，朱伟成著“汽车零件精密锻造技术”(北京工业大学出版社1999)一书中(第七章第133页)介绍，近年来，国外出现了多种成形工艺生产汽车花键轴零件，大致可归纳为多辊凹模正挤花键、整体凹模正挤花键、平板齿条搓挤花键、冷轧花键四种。汽车花键轴制造工艺的现有技术是热锻加冷挤，其工艺步骤是1下料；2毛坯加热(≤1200℃)；3热模锻(1150℃)；4正火处理；5机加工花键或冷挤花键。由于汽车花键轴的生产采取热锻与冷挤相结合的工艺，因此存在着热锻变形能耗大，工件易产生过热、过烧、氧化、脱碳现象，锻件加工余量大，锻件表面质量和综合机械性能不高，以及劳动条件差等缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种汽车花键轴的亚热控制精锻工艺。本发明变形温度高于通常的温锻范围，是在热锻温度与温锻温度之间成形的一种亚热精锻方法，并采用控制成形，因此，在变形过程中，当产品外形尺寸达到设计要求的同时，可获得优良的内部组织及较高的综合机械性能，简化了工艺，节约了能源，提高了产品质量。
本发明是通过以下技术方案实现的，包括下料、毛坯加热两大步骤，所述的毛坯加热至980℃～1000℃后，进行头部和杆部的亚热精锻，然后利用余热控制冷却，最后冷挤花键。
所述的亚热精锻，其始锻温度为950℃～980℃，控制终锻温度为850℃～880℃。
所述的亚热精锻，是将其头部和杆部一次挤压成形，也可以分二次成形，即先挤压杆部，再镦挤头部。
所述的亚热精锻，其头部的总变形程度为55％～62％，杆部花键部分的总变形程度为50％～58％。
所述的控制冷却可以是空冷，或者是水冷加空冷。
所述的冷挤花键的变形程度为16％～20％。
亚热锻造是在温锻温度与热锻温度之间成形的一种精锻工艺。对钢来讲也就是在850℃～1000℃之间成形，由于是在比温锻较高的温度范围下变形，因此可以采用控制锻造技术。传统的冷锻、温锻是通过锻压加工手段使被加工工件发生塑性变形，从而使其形状和尺寸达到设计要求，工件的使用性能则是通过塑性成形的后续工序来保证的。如上述花键轴锻件，热锻后需要正火处理，不仅增加了能耗，而且在变形过程中产生的某些对改善工件性能极为有利的亚结构，也在再加热中遭到彻底的破坏，这对改善工件性能极为不利。控制锻造技术是在变形过程中通过对塑性成形工艺参数的控制，在产品外形尺寸达到设计要求的同时获得优良的内部组织与性能，即在“控形”的同时“控性”。
在亚热塑性变形过程中，材料发生了一系列的微观组织演变，并直接决定了产品的综合机械性能。为此，本发明研究了钢在亚热变形过程中的力学行为与动态组织变化，以及亚热精密成形工序之间、冷却过程中发生的静态再结晶特征，通过亚热条件下的热压缩实验，测定了汽车花键轴用40Cr钢在变形温度为800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃，最大真应变为0.7，应变速率为0.1s-1，0.5s-1，5s-1，20s-1的应力应变关系，并基于经典模型用数学回归的方法确定了40Cr钢的动态再结晶/亚动态再结晶过程的显微组织演化模型，通过控制亚热变形参数来控制再结晶过程，从而使亚热变形之后得到较细晶粒。本发明把通过热模拟实验确定的微观演化模型，引用有限元数值模拟软件，对其工序进行全过程模拟，确定了汽车花键轴亚热精锻的主要工艺参数始锻温度为950℃～980℃，控制终锻温度在850℃～880℃，变形程度为50％～62％。
本发明汽车花键轴的亚热控制精锻工艺，不仅材料变形阻力小、易成形，而且取消了单独正火处理的工序，利用成形后的余热控制冷却，从而获得优良的内部组织与较高的综合机械性能，简化了工艺，节约了能源，提高了产品质量。
图1是一种汽车花键轴的零件结构示意图其中1为头部，2为杆部，3为花键部位。
图2是各种塑性变形温度范围的示意图其中横坐标为温度T(℃)，纵坐标为应力σ(MPa)，A是冷变形区，B是温变形区，C是亚热变形区，D是热变形区。
图3是本发明的工艺步骤框图。
图4是汽车花键轴采用亚热锻造后的金相图(×100)。
具体实施例方式
下面通过实施例，结合附图，对本发明进一步的说明实施例1如图1、图3所示，一种汽车花键轴的亚热控制精锻工艺，其工艺步骤是1、下料，为了保证下料重量和材料表面没有缺陷，可按常规方法对热轧40Cr钢棒料剥皮，用剪床或锯床下料，对切下来的毛坯要去除毛刺。
2、毛坯加热，可按常规方法用中频加热炉进行加热，为了防止脱碳、氧化，一般先将毛坯予热到100～120℃，浸入水性石墨槽中，拿出后毛坯上会留下固态石墨，起保护钢料不氧化和润滑作用。依据“模拟实验”结果，毛坯加热温度为1000℃。
3、亚热精锻，根据设备能力，头部1和杆部2分二次成形，即先挤压杆部，再镦挤头部。其始锻温度为980℃，控制终锻温度为880℃。头部1的总变形程度为62％，杆部2的花键部分3的总变形程度为58％。
4、亚热精锻后，可采用水冷5分钟然后空冷的方式控制冷却。
5、按常规方法冷挤花键3，变形程度为16％，为了保证挤压精度，冷挤前应磨削杆部。
实施例2如图1、图3所示，一种汽车花键轴的亚热控制精锻工艺，其工艺步骤是1、按常规方式下料。
2、按常规方式将毛坯予热到100～120℃，然后加热至980℃。
3、亚热精锻，根据设备能力，头部1和杆部2一次成形。其始锻温度为950℃，控制终锻温度为850℃。头部1的总变形程度为55％，杆部2的花键部分3的总变形程度为50％。
4、亚热精锻后，可采用强制鼓风的空冷方式控制冷却。
5、按常规方法冷挤花键3，变形程度为20％，为了保证挤压精度，冷挤前应磨削杆部。
实施例3如图1、图3所示，一种汽车花键轴的亚热控制精锻工艺，其工艺步骤是1、按常规方式下料。
2、按常规方式将毛坯予热到100～120℃，然后加热至950℃。
3、亚热精锻，根据设备能力，头部1和杆部2一次成形。其始锻温度为930℃，控制终锻温度为860℃。头部1的总变形程度为58％，杆部2的花键部分3的总变形程度为55％。
4、亚热精锻后，可采用强制鼓风的空冷方式控制冷却。
5、按常规方法冷挤花键3，变形程度为18％，为了保证挤压精度，冷挤前应磨削杆部。
由于利用成形后的余热控制冷却，上述实施例均获得了优良的内部组织，经检验，亚热挤压后的金相组织达到美国ASTN E112标准的6级，如图4所示。
硬度分布是花键轴锻件的一个重要技术指标，它影响使用寿命。经测试，控制锻造后获得了较高的综合机械性能，锻件上各处的硬度值为HB 170～250。
权利要求
1.一种汽车花键轴的亚热控制精锻工艺，其特征在于，包括下料和毛坯加热两大步骤，所述的毛坯加热至980℃～1000℃后，进行头部和杆部的亚热精锻，然后利用余热控制冷却，最后冷挤花键。
2.按照权利要求1所述的汽车花键轴的亚热控制精锻工艺，其特征是，所述的亚热精锻，其始锻温度为950℃～980℃，控制终锻温度为850℃～880℃。
3.按照权利要求1所述的汽车花键轴的亚热控制精锻工艺，其特征是，所述的亚热精锻，是将毛坯头部和杆部一次挤压成形，或者将毛坯头部和杆部分二次成形，即先挤压杆部，再镦挤头部。
4.按照权利要求3所述的汽车花键轴的亚热控制精锻工艺，其特征是，头部变形程度为55％～62％，杆部花键部分变形程度为50％～58％。
5.按照权利要求1所述的汽车花键轴的亚热控制精锻工艺，其特征是，所述的控制冷却是空冷，或者水冷加空冷。
6.按照权利要求1所述的汽车花键轴的亚热控制精锻工艺，其特征是，所述的冷挤花键变形程度为16％～20％。
全文摘要
一种汽车花键轴的亚热控制精锻工艺，用于金属塑性加工领域。本发明工艺包括下料、毛坯加热两大步骤，所述的毛坯加热至980℃～1000℃后，进行头部和杆部的亚热精锻，然后利用余热控制冷却，最后冷挤花键，亚热精锻是将毛坯头部和杆部一次挤压成形，或者将毛坯头部和杆部分二次成形，即先挤压杆部，再镦挤头部，亚热精锻始锻温度为950℃～980℃，控制终锻温度为850℃～880℃。本发明不仅材料变形阻力小、易成形，而且取消了单独正火处理的工序，利用成形后的余热控制冷却，从而获得优良的内部组织与较高的综合机械性能，简化了工艺，节约了能源，提高了产品质量。
文档编号B21K1/12GK1586764SQ20041005304
公开日2005年3月2日 申请日期2004年7月22日 优先权日2004年7月22日
发明者张质良, 肖红生, 杨慧, 张峥嵘, 李振红 申请人:上海交通大学, 上海纳铁福传动轴有限公司