一种汽车万向节叉整体件冷挤压压制成型工艺的制作方法

本发明属于汽车零部件制造领域，尤其涉及一种汽车万向节叉整体件冷挤压压制成型工艺。

背景技术：

目前，汽车转向柱轴叉通常都是由花键轴、花键套以及万向节叉组成。传统的加工方法为：首先，分别加工花键轴、花键套以及万向节叉；其次，将加工好的花键轴、花键套以及万向节叉分别进行焊接后成型。然而，在所述花键轴、花键套以及万向节叉等零件的焊接过程中，容易造成零件之间的应力变形、假焊、漏焊，从而导致焊接不牢等缺陷，留下安全隐患。此外，万向节叉的挤压通常采用加热挤压的工艺，首先，将材料墩平进行抛丸，将其加热，挤压再抛丸；然后对挤压过后的毛坯件进行总长加工及冲孔，最后，对齐挤花键及毛刺处理和两侧孔等工艺后成型，然而此工艺是对万向节叉加热后分次进行挤压抽齿，导致材料表面粗糙，精度降低；加热过后多次挤压对产品内部分子结构造成变化，形成隐形断裂面，裂痕废品率高，产品合格率低。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种汽车万向节叉整体件冷挤压压制成型工艺。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种汽车万向节叉整体件冷挤压压制成型工艺，具体包括以下步骤：

步骤1、切割下料：将圆形棒料进行切割下料成所需尺寸；

步骤2、退火：将切好的棒料放入箱式退火炉加热至800度，然后保温2小时后，随箱式退火炉冷却至550度时出炉，然后空冷冷却至室温；

步骤3、抛丸：将产品放入抛丸机，选用80号钢砂，抛丸15-20分钟，去掉表面的氧化层及少量的毛刺；

步骤4、磷皂化处理：

步骤4-1、首先将抛丸后的工件水洗后放入55-75摄氏度的磷化液中磷化30-40分钟；

步骤4-2、将磷化好的工件水先干净后放入皂化池中于65-75摄氏度皂化处理10-25分钟；

步骤5、液压锻造：采用液压锻造机进行冷挤压，得毛坯成品；

步骤6、修整：切掉毛坯节叉(两耳朵)上的多余材料后，冲切形成圆弧；然后对节叉去毛刺，再依次对花键部份车加工，打中心孔和铣装配槽；

步骤7、热处理加工：采用多用炉淬火，将修整后的工件加热到840-900摄氏度渗碳保温5-10小时；然后油冷冷却至70-100度后，回火至150-240摄氏度，保温1.5-2.5小时，然后出炉；

步骤8、喷砂：对工件表面进行喷砂处理，选用0.1mm的钢丸，在高压喷砂机下均匀喷涂30-60秒钟，然后将工件取下，即可；

步骤9、防锈处理：对喷砂过后工件进行防锈处理；

步骤10、磨耳孔：对防锈处理后的工件节叉部分进行磨耳孔处理，得成品。

进一步的，还包括步骤11、检测和包装：对成品进行硬度、表面粗糙度、裂痕、隐形裂痕、尺寸、扭力测试、疲劳测试，将合格品包装入库，即可。

进一步的，步骤5中冷挤压的具体工序为：

步骤5-1、挤压节叉：将液压锻造机压力设置为400吨/13mpa，挤压节叉，然后将液压锻造机的主缸与侧缸退回；

步骤5-2、拉伸中孔：将液压锻造机的下冲头移到抽孔位置，液压锻造机的主缸与侧缸同时压下，加压到9mpa使抽孔到位，然后将主缸与侧缸同时退回；

步骤5-3、花键抽齿：将液压锻造机下冲头移到抽齿位置，液压锻造机的主缸与侧缸同时压下，加压到4mpa，直至抽齿至所需尺寸，然后主缸与侧缸同时退回；

步骤5-4、出模：将产品出模，挤压完成，得毛坯成品。

进一步的，步骤1中所述圆形棒料的hrb硬度为90度；经步骤2退火后圆形棒料的hrb硬度在75-80度左右；经步骤5热处理加工后产品的hrb硬度达到90-105度。

进一步的，步骤4-1磷化过程中应上下左右抖动承装产品的料框，使工件表面干净，反应均匀；

步骤4-2皂化过程中应上下左右抖动承装产品的料框，使工件表面干净，反应均匀。

进一步的，步骤7中油冷冷却过程中从渗碳保温温度降至300摄氏度时的降温速率为80摄氏度/秒。

进一步的，经步骤8喷砂后，工件的表面清洁等级sa2.5级。

进一步的，步骤4-2中所述皂化液的配制方法：按料液质量比1∶15～25，将皂粉、润滑剂加入40-50摄氏度的温水中，搅拌至溶解，即可；所述皂化液油度大于等于2.2，ph7.5～8.5。

更进一步的，所述润滑剂为硬脂酸。

与现有技术相比，本发明的优点为：

1、本发明采用冷压压制成型工艺，冷压是对物料在结晶温度以下的成型加工，是在回复温度以下进行的锻造，表面质量好，尺寸精度高，使金属强化，有效的保护了材料本身的分子结构，提高零件的强度；提高产量。而热锻工艺，材料表面粗糙，且精度低，热锻设备成本高于冷压设备成本；加热过程中材料内部的分子结构发生变化，加工时只能一次挤压成型；冷压可以多段多次加工保护了材料的组织结构发生变化，且多段液压过后产品内部纹路清晰，未形成断列痕迹，使产品使用寿命提高。

2、本发明冷压前进行退火处理，使材料更容易成型且不易变形；硬度过高会导致冷压时产品拉伸不到需要的尺寸，硬度过低会容易形成圆孔收缩及产品变形；冷压后进行热加工处理，能够使产品的硬度达到hrb90-105，提高了产品的硬度及韧性，降低了产品表面的脱碳的情况。

3、本发明热加工处理后对工件表面进行喷砂处理，不仅能够使工件表面的清洁等级达到sa2.5级，还能够提高工件的抗疲劳性及耐久性。

4、本发明对退火后的产品进行磷皂化处理，通过磷化处理起到防锈的作用，通过皂化处理增加工件表面润滑性能，让接下来的工序加工更顺畅，表面更光洁。

5、本发明减少了抛丸与磷化处理的次数，降低了成本。

采用本发明工艺制得的汽车万向节叉整体件表面质量好，尺寸精度高，零件的强度大，产品寿命提高，裂痕废品率低。

附图说明

图1为本发明汽车万向节叉整体件的结构示意图；

图2为本发明汽车万向节叉整体件另一角度的结构示意图；

在图中，1、花键；2、节叉；3、抽孔；4、耳孔；5、装配槽；6、中心孔。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明进行进一步详细的叙述。

实施例1

一种汽车万向节叉整体件冷挤压压制成型工艺，具体包括以下步骤：

步骤1、切割下料：将圆形棒料进行切割下料成所需尺寸；所述圆形棒料的hrb硬度为90度；

步骤2、退火：将切好的棒料放入箱式退火炉加热至800度，然后保温2小时后，随箱式退火炉冷却至550度时出炉，然后空冷冷却至室温；退火过后的hrb硬度在78度；

步骤3、抛丸：将产品放入抛丸机，选用80号钢砂，抛丸18分钟，去掉表面的氧化层及少量的毛刺；

步骤4、磷皂化处理：

步骤4-1、首先将抛丸后的工件水洗后放入65摄氏度的磷化液中磷化35分钟，磷化过程中应定时上下左右抖动产品料框，使工件表面干净，反应均匀；

步骤4-2、将磷化好的工件水先干净后放入皂化池中于70摄氏度皂化处理18分钟；皂化过程中应定时上下左右抖动产品料框，使工件表面干净，反应均匀；所述皂化液的配制方法：将皂粉、硬脂酸(润滑剂)加入45摄氏度的温水中，搅拌至溶解，即可；所述皂化液油度为2.5，ph8.0；

步骤5、液压锻造：采用液压锻造机进行冷挤压；

步骤5-1、挤压节叉：将液压锻造机压力设置为400吨/13mpa，挤压节叉2，然后将液压锻造机的主缸与侧缸退回；

步骤5-2、拉伸中孔：将液压锻造机的下冲头移到抽孔3位置，液压锻造机的主缸与侧缸同时压下，加压到9mpa使抽孔到位，然后将主缸与侧缸同时退回；

步骤5-3、花键抽齿：将液压锻造机下冲头移到抽齿位置，液压锻造机的主缸与侧缸同时压下，加压到4mpa，直至抽齿至所需尺寸，然后主缸与侧缸同时退回；

步骤5-4、出模：将产品出模，挤压完成，得毛坯成品；

步骤6、修整：切掉毛坯成品上节叉2(两耳朵)的多余材料后，冲切形成圆弧；然后对节叉去毛刺，再依次进行花键1尾部车加工，打中心孔6和铣装配槽5；

步骤7、热处理加工：采用多用炉淬火，将修整后的工件加热到870摄氏度渗碳保温7.5小时；然后油冷冷却至85摄氏度后，回火至200摄氏度，保温2小时，然后出炉；此时产品的hrb硬度达到102度；油冷冷却过程中从渗碳保温温度降至300摄氏度时的降温速率为80摄氏度/秒；从300摄氏度时继续冷却的采用缓慢冷却即可，冷却速率不作要求；

步骤8、喷砂：对工件表面进行喷砂处理，选用0.1mm的钢丸，在高压喷砂机下均匀喷涂45秒钟，然后将工件取下，即可；喷砂后表面清洁等级为sa2.5级，

步骤9、防锈处理：对喷砂过后工件进行防锈处理；

步骤10、磨耳孔：对防锈处理后的节叉部分进行磨耳孔4处理，得成品。

实施例2

一种汽车万向节叉整体件冷挤压压制成型工艺，具体包括以下步骤：

步骤1、切割下料：将圆形棒料进行切割下料成所需尺寸；所述圆形棒料的hrb硬度为90度；

步骤2、退火：将切好的棒料放入箱式退火炉加热至800度，然后保温2小时后，随箱式退火炉冷却至550度时出炉，然后空冷冷却至室温；退火过后的hrb硬度在78度；

步骤3、抛丸：将产品放入抛丸机，选用80号钢砂，抛丸18分钟，去掉表面的氧化层及少量的毛刺；

步骤4、磷皂化处理：

步骤4-1、首先将抛丸后的工件水洗后放入55摄氏度的磷化液中磷化40分钟，磷化过程中应定时上下左右抖动料框，使工件表面干净，反应均匀；

步骤4-2、将磷化好的工件水先干净后放入皂化池中于65摄氏度皂化处理25分钟。皂化过程中应定时上下左右抖动产品，使工件表面干净，反应均匀；所述皂化液的配制方法：将皂粉、硬脂酸(润滑剂)加入45摄氏度的温水中，搅拌至溶解，即可；所述皂化液油度为2.5，ph8.0；

步骤5、液压锻造：采用液压锻造机进行冷挤压；

步骤5-1、挤压节叉：将液压锻造机压力设置为400吨/13mpa，挤压节叉2，然后将液压锻造机的主缸与侧缸退回；

步骤5-2、拉伸中孔：将液压锻造机的下冲头移到抽孔3位置，液压锻造机的主缸与侧缸同时压下，加压到9mpa使抽孔到位，然后将主缸与侧缸同时退回；

步骤5-3、花键1抽齿：将液压锻造机下冲头移到抽齿位置，液压锻造机的主缸与侧缸同时压下，加压到4mpa，直至抽齿至所需尺寸，然后主缸与侧缸同时退回；

步骤5-4、出模：将产品出模，挤压完成，得毛坯成品；

步骤6、修整：切掉毛坯成品上节叉(两耳朵)的多余材料后，冲切形成圆弧；然后对节叉部分去毛刺，再依次进行花键1尾部车加工，打中心孔6和铣装配槽5；

步骤7、热处理加工：采用多用炉淬火，将修整后的工件加热到840摄氏度渗碳保温10小时；然后油冷冷却至70度后，回火至150摄氏度，保温2.5小时，然后出炉；此时产品的hrb硬度达到98度；油冷冷却过程中从渗碳保温温度降至300摄氏度时的降温速率为80摄氏度/秒；从300摄氏度时继续冷却的采用缓慢冷却即可，冷却速率不作要求；

步骤8、喷砂：对工件表面进行喷砂处理，选用0.1mm的钢丸，在高压喷砂机下均匀喷涂30-60秒钟，然后将工件取下，即可；喷砂后表面清洁等级为sa2.5级，

步骤9、防锈处理：对喷砂过后工件进行防锈处理；

步骤10、磨耳孔：对防锈处理后的节叉部分进行磨耳孔4处理，得成品。

实施例3

一种汽车万向节叉整体件冷挤压压制成型工艺，具体包括以下步骤：

步骤1、切割下料：将圆形棒料进行切割下料成所需尺寸；所述圆形棒料的hrb硬度为90度；

步骤2、退火：将切好的棒料放入箱式退火炉加热至800度，然后保温2小时后，随箱式退火炉冷却至550度时出炉，然后空冷冷却至室温；退火过后的hrb硬度在78度；

步骤3、抛丸：将产品放入抛丸机，选用80号钢砂，抛丸20分钟，去掉表面的氧化层及少量的毛刺；

步骤4、磷皂化处理：

步骤4-1、首先将抛丸后的工件水洗后放入55摄氏度的磷化液中磷化30分钟，磷化过程中应定时上下左右抖动料框，使工件表面干净，反应均匀；

步骤4-2、将磷化好的工件水先干净后放入皂化池中于75摄氏度皂化处理10分钟；皂化过程中应定时上下左右抖动产品，使工件表面干净，反应均匀；所述皂化液的配制方法：将皂粉、硬脂酸(润滑剂)加入45摄氏度的温水中，搅拌至溶解，即可；所述皂化液油度为2.5，ph7.5～8.5；

步骤5、液压锻造：采用液压锻造机进行冷挤压；

步骤5-1、挤压节叉：将液压锻造机压力设置为400吨/13mpa，挤压节叉2，然后将液压锻造机的主缸与侧缸退回；

步骤5-2、拉伸中孔：将液压锻造机的下冲头移到抽孔3位置，液压锻造机的主缸与侧缸同时压下，加压到9mpa使抽孔到位，然后将主缸与侧缸同时退回；

步骤5-3、花键1抽齿：将液压锻造机下冲头移到抽齿位置，液压锻造机的主缸与侧缸同时压下，加压到4mpa，直至抽齿至所需尺寸，然后主缸与侧缸同时退回；

步骤5-4、出模：将产品出模，挤压完成，得毛坯成品；

步骤6、修整：切掉毛坯成品上两耳朵的多余材料后，冲切形成圆弧；然后对u型部分去毛刺，再依次进行花键1尾部车加工，打中心孔6和铣装配槽5；

步骤7、热处理加工：采用多用炉淬火，将修整后的工件加热到900摄氏度渗碳保温5小时；然后油冷冷却至100度后，回火至240摄氏度，保温1.5小时，然后出炉；此时产品的hrb硬度达到105度；油冷冷却过程中从渗碳保温温度降至300摄氏度时的降温速率为80摄氏度/秒；从300摄氏度时继续冷却的采用缓慢冷却即可，冷却速率不作要求；

步骤8、喷砂：对工件表面进行喷砂处理，选用0.1mm的钢丸，在高压喷砂机下均匀喷涂30-60秒钟，然后将工件取下，即可；喷砂后表面清洁等级为sa2.5级，

步骤9、防锈处理：对喷砂过后工件进行防锈处理；

步骤10、磨耳孔：对防锈处理后的节叉部分进行磨耳孔4处理，得成品。

对比例1

一种汽车万向节叉整体件冷挤压压制成型工艺，具体包括以下步骤：

步骤1、切割下料：将圆形棒料进行切割下料成所需尺寸；所述圆形棒料的hrb硬度为90度；

步骤2、退火：将切好的棒料放入箱式退火炉加热至800度，然后保温2小时后，随箱式退火炉冷却至550度时出炉，然后空冷冷却至室温；退火过后的hrb硬度在78度；

步骤3、抛丸：将产品放入抛丸机，选用80号钢砂，抛丸18分钟，去掉表面的氧化层及少量的毛刺；

步骤4、磷皂化处理：

步骤4-1、首先将抛丸后的工件水洗后放入65摄氏度的磷化液中磷化35分钟，磷化过程中应定时上下左右抖动料框，使工件表面干净，反应均匀；

步骤4-2、将磷化好的工件水先干净后放入皂化池中于70摄氏度皂化处理18分钟；皂化过程中应定时上下左右抖动产品，使工件表面干净，反应均匀；所述皂化液的配制方法：将皂粉、硬脂酸(润滑剂)加入45摄氏度的温水中，搅拌至溶解，即可；所述皂化液油度为2.5，ph8.0；

步骤5、液压锻造：采用液压锻造机进行冷挤压；

步骤5-1、挤压节叉：将液压锻造机压力设置为400吨/13mpa，挤压节叉2，然后将液压锻造机的主缸与侧缸退回；

步骤5-2、拉伸中孔：将液压锻造机的下冲头移到抽孔3位置，液压锻造机的主缸与侧缸同时压下，加压到9mpa使抽孔到位，然后将主缸与侧缸同时退回；

步骤5-3、花键1抽齿：将液压锻造机下冲头移到抽齿位置，液压锻造机的主缸与侧缸同时压下，加压到4mpa，直至抽齿至所需尺寸，然后主缸与侧缸同时退回；

步骤5-4、出模：将产品出模，挤压完成，得毛坯成品；

步骤6、修整：切掉毛坯成品上节叉(两耳朵)的多余材料后，冲切形成圆弧；然后对节叉2部分去毛刺，再依次进行花键1尾部车加工，打中心孔6和铣装配槽5；

步骤7、热处理加工：采用多用炉淬火，将修整后的工件加热到800摄氏度渗碳保温8小时；然后油冷冷却至50度后，回火至300摄氏度，保温2小时，然后出炉；此时产品的hrb硬度达到80度；油冷冷却过程中从渗碳保温温度降至300摄氏度时的降温速率为100摄氏度/秒；从300摄氏度时继续冷却的采用缓慢冷却即可，冷却速率不作要求；

步骤8、喷砂：对工件表面进行喷砂处理，选用0.1mm的钢丸，在高压喷砂机下均匀喷涂45秒钟，然后将工件取下，即可；喷砂后表面清洁等级为sa2.5级，

步骤9、防锈处理：对喷砂过后工件进行防锈处理；

步骤10、磨耳孔：对防锈处理后的节叉进行磨耳孔4处理，得成品。

对比例2

步骤1、切割下料：将圆形棒料进行切割下料成所需尺寸；所述圆形棒料的hrb硬度为90度；

步骤2、退火：将切好的棒料放入箱式退火炉加热至800度，然后保温2小时后，随箱式退火炉冷却至550度时出炉，然后空冷冷却至室温；退火过后的hrb硬度在78度；

步骤3、抛丸：将产品放入抛丸机，选用80号钢砂，抛丸15-20分钟，去掉表面的氧化层及少量的毛刺；

步骤4、磷皂化处理：

步骤4-1、首先将抛丸后的工件水洗后放入65摄氏度的磷化液中磷化35分钟，磷化过程中应定时上下左右抖动料框，使工件表面干净，反应均匀；

步骤4-2、将磷化好的工件水先干净后放入皂化池中于70摄氏度皂化处理18分钟；皂化过程中应定时上下左右抖动产品，使工件表面干净，反应均匀；所述皂化液的配制方法：将皂粉、硬脂酸(润滑剂)加入45摄氏度的温水中，搅拌至溶解，即可；所述皂化液油度为2.5，ph8.0；

步骤5、液压锻造：采用液压锻造机进行冷挤压；

步骤5-1、挤压节叉：将液压锻造机压力设置为400吨/13mpa，挤压节叉2，然后将液压锻造机的主缸与侧缸退回；

步骤5-2、拉伸中孔：将液压锻造机的下冲头移到抽孔3位置，液压锻造机的主缸与侧缸同时压下，加压到9mpa使抽孔到位，然后将主缸与侧缸同时退回；

步骤5-3、花键1抽齿：将液压锻造机下冲头移到抽齿位置，液压锻造机的主缸与侧缸同时压下，加压到4mpa，直至抽齿至所需尺寸，然后主缸与侧缸同时退回；

步骤5-4、出模：将产品出模，挤压完成，得毛坯成品；

步骤6、修整：切掉毛坯成品上节叉(两耳朵)的多余材料后，冲切形成圆弧；然后对节叉去毛刺，再依次进行花键1尾部车加工，打中心孔6和铣装配槽5；

步骤7、喷砂：对工件表面进行喷砂处理，选用0.1mm的钢丸，在高压喷砂机下均匀喷涂30-60秒钟，然后将工件取下，即可；喷砂后表面清洁等级为sa2.5级，

步骤8、防锈处理：对喷砂过后工件进行防锈处理；

步骤9、磨耳孔：对防锈处理后的节叉部分进行磨耳孔4处理，得成品。

对比例3

一种汽车万向节叉整体件压制成型工艺，具体包括以下步骤：

s1：将原料圆钢切割成段，之后将其墩短墩平，再进行第一次抛丸工序，选用80号钢砂，抛丸18分钟，去掉表面的氧化层形成半成品；所述原料圆钢的材料硬度为90(hrb)度

s2：对上述半成品进行加热处理，加热至850摄氏度，用液压机挤压上述经过加热后的半成品形成节叉，进行第二次抛丸工序，第二次抛丸选用80号钢砂，抛丸18分钟，；

s3：对经过第二次抛丸工序的半成品进行切割工序，切割所述节叉2(两耳朵)多余的部分，再依次进行总长加工、冲孔，得半成品；

s5：对半成品进行第一次磷化处理工序(65摄氏度的磷化液中磷化35分钟)，之后对其依次进行挤花键1、铣装配槽5和毛刺处理工序，再进行第二次磷化处理工序(65摄氏度的磷化液中磷化35分钟)；

s6：对经过第二次磷化处理后的半成品进行磨耳孔4处理，形成成品。

效果例1

随机取对各实施例和对比例制得的汽车万向节叉整体件100个，按照jb/t8925-2008进行尺寸、硬度、表面粗糙度、尺寸、扭力测试、疲劳测试，采用超声波法检测裂痕(包括隐形裂痕)，检测结果见下表；

以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。