专利名称：一种齿轮轴的冷锻工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种齿轮轴的冷锻工艺，尤其涉及一种轿车转向系统齿轮轴冷锻 精密成形工艺，属于冷锻精密成形工艺技术领域。
技术背景目前要加工齿轮轴，如图l、 2所示，所述的齿轮轴外形由大端B和小端C 组成，且大端B带有长方形内孔E及齿形盲孔A，传统加工方法为外形及内方孔 通过切削或锻造成形，而齿形盲孔由于反挤变形量极低(e F=d2/D2=0. 10 0. 12)， 大大超过冷锻允许的极限变形量(e F>0. 2)，模具承受单位挤压力达400Kg/mm2， 也大大超过250 300 Kg/mm2的模具承受极限， 一般锻造无法进行，只能先钻孔 再切削，钻孔切削加工的缺点是齿形强度不足、 一致性差、生产效率低而且浪费 材料。 发明内容本发明的目的是提供一种齿形强度高、 一致性好、生产效率高的齿轮轴冷锻 工艺。为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种齿轮轴的冷锻工艺，其方法为第一步，根据齿轮轴的长度用园锯机将合金钢棒料落料，毛坯重量误差士l克；第二步，将毛坯棒料在井式炉内退火，退火温度为85(TC-88(TC，保温6 8小 时，随炉冷却到35(TC以下出炉；第三步，采用磷皂化流水线按常规工艺对退过火的毛坯棒料进行磷化和皂化处 理，形成表面润滑层，其中磷化温度为7(TC-8(TC，时间为15分钟-25 分钟；皂化温度为6(TC-70。C，时间为5分钟-15分钟；其特征在于，第四步，采用高强度模具钢制造正挤压模具、反挤压模具和齿孔成形模具； 第五步，使用250T机械压力机，四导柱通用模架及正挤压模具，冷锻成形齿轮轴的小端C;第六步，使用250T机械压力机，四导柱通用模架及反挤压模具，冷锻成形齿轮 轴的方孔E，将齿轮轴的大端B的直径变小，使大端B变小的体积等于齿形盲孔A的体积；第七步，使用600T液压机，四导柱通用模架及齿孔成形模具，将齿轮轴放入凹 模中，齿轮轴大端B变小的直径与凹模内壁存有体积分流空间，通过 冲头下压进入齿轮轴的大端B，成形齿形盲孔A，同时齿轮轴的大端B 的直径胀大充满体积分流空间，达到齿轮轴的大端B规定的直径，冲 头下压速度为8-10mm/秒，压力为300kg/mm2。 本发明采用内外冷锻成形和分流锻造新技术，齿轮轴齿形盲孔的成形，采用 工件与凹模之间设置体积分流空间，通过分流，减少金属流动阻力，降低模具承 受单位挤压力，并且选用高强度模具钢，分体结构制造齿孔成形模具，凹模采用 三层套预应力结构制造，增强模具抗压能力，冲头采用分体结构，可对冷锻变形 程度为e F=0. 10 0. 12， L/d=l. 7 2. 5，齿形精度为0. 03腿的齿形盲孔进行冷 锻成形，不但提高了齿孔成形质量和生产效率，而且显著降低了原材料的耗用， 成形产品各项技术参数经鉴定均达到德国ZF同类产品技术标准。 本发明的优点是1. 本发明采用极限以下小变形量(eF=0.10 0. 12)的精密冷锻成形技术改变 了传统复杂的切削加工工艺，实现了齿形盲孔的光洁成形，不但极大地提高 了生产效率，且节约了原材料；2、 采用分流锻造技术，实现了齿形盲孔精密冷锻成形及精度的要求，(《0. 03mm)显著地提高齿孔质量和产品合格率。
图l为一种齿轮轴结构示意图；图2为一种齿轮轴左视图；图3为冷锻工艺流程图；图4为齿孔成形模具结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 实施例如图3所示，为冷锻工艺流程图， 一种齿轮轴的冷锻工艺为 第一步，根据齿轮轴的长度用园锯机将合金钢棒料落料，毛坯重量误差土l克； 第二步，将毛坯棒料在井式炉内退火，退火温度为86(TC，保温6小时，随炉冷 却到30(TC出炉；第三步，采用磷皂化流水线按常规工艺对退过火的毛坯棒料进行磷化和皂化处理，形成表面润滑层，其中磷化温度为7(TC,时间为20分钟；皂化温度为6(TC,时间为10分钟； 第四步，采用高强度模具钢制造正挤压模具、反挤压模具和齿孔成形模具； 第五步，使用250T机械压力机，四导柱通用模架及正挤压模具，冷锻成形齿轮轴8的小端C，所谓正挤压为冲头运动方向与齿轮轴8的金属流动方向一致；第六步，使用250T机械压力机，四导柱通用模架及反挤压模具，冷锻成形齿轮 轴8的方孔E，将齿轮轴8的大端B的直径变小，使大端B变小的体 积等于齿形盲孔A的体积，所谓反挤压为冲头运动方向与齿轮轴8的 金属流动方向相反；第七步，使用600T液压机，四导柱通用模架及齿孔成形模具，将齿轮轴8放入 凹模4中，齿轮轴8大端B变小的直径与凹模4内壁存有体积分流空 间9， 600T液压机的冲头装上凸模l和导向凸模套2、冲头下压进入齿 轮轴8的大端B，成形齿形盲孔A，同时齿轮轴8的大端B的直径胀大 充满体积分流空间9，达到齿轮轴8的大端B规定的直径，冲头下压速 度为8-10mm/秒，压力为300kg/mm2。 所述的正挤压模具和反挤压模具为一般模具，而齿孔成形模具为本发明的关键，图4为齿孔成形模具结构示意图，所述的齿孔成形模具由凸模l、导向凸模套2、导向凹模3、凹模4、预应力中套5、预应力外套6组成。在液压机四导柱模架上安装预应力外套6，在预应力外套6中依次装入预应力中套5和凹模4，导向凹模3安装在凹模4、预应力中套5和预应力外套6的上端，导向凸模套2设于导向凹模3内，凸模1设于导向凸模套2内，所述的凸 模1为齿轮轴8齿形盲孔A形状，所述的导向凹模3、凹模4、预应力中套5的 预应力外套6中间的孔径为齿轮轴8的外形，所述的导向凸模套2内径与凸模1 外径滑动配合间隙O.02mm，凹模4与齿轮轴8毛坯设有体积分流空间9。以下是本发明与原制造工艺制造的对比-原齿形盲孔制造工艺一一切削加工工序流程复杂，加工设备精度要求高，齿孔强度低， 一致性差，生产效率无 法满足批量要求。 冷锻精密成形工艺通过冷锻精密成形模具，生产工序流程简单，齿孔强度高、 一致性好，适于 大批量生产。
权利要求
1.一种齿轮轴的冷锻工艺，其方法为第一步，根据齿轮轴的长度用园锯机将合金钢棒料落料，毛坯重量误差±1克；第二步，将毛坯棒料在井式炉内退火，退火温度为850℃-880℃，保温6～8小时，随炉冷却到350℃以下出炉；第三步，采用磷皂化流水线按常规工艺对退过火的毛坯棒料进行磷化和皂化处理，形成表面润滑层，其中磷化温度为70℃-80℃，时间为15分钟-25分钟；皂化温度为60℃-70℃，时间为5分钟-15分钟；其特征在于，第四步，采用高强度模具钢制造正挤压模具、反挤压模具和齿孔成形模具；第五步，使用250T机械压力机，四导柱通用模架及正挤压模具，冷锻成形齿轮轴(8)的小端(C)；第六步，使用250T机械压力机，四导柱通用模架及反挤压模具，冷锻成形齿轮轴(8)的方孔E，将齿轮轴(8)的大端(B)的直径变小，使大端(B)变小的体积等于齿形盲孔(A)的体积；第七步，使用600T液压机，四导柱通用模架及齿孔成形模具，将齿轮轴(8)放入凹模(4)中，齿轮轴(8)大端(B)变小的直径与凹模(4)内壁存有体积分流空间(9)，通过冲头下压进入齿轮轴(8)的大端(B)，成形齿形盲孔(A)，同时齿轮轴(8)的大端(B)的直径胀大充满体积分流空间(9)，达到齿轮轴(8)的大端(B)规定的直径，冲头下压速度为8-10mm/秒，压力为300kg/mm2。
2. 根据权利要求1所述的一种齿轮轴的冷锻工艺，其特征在于，所述的齿孔成形模具由凸模(1)、导向凸模套(2)、导向凹模(3)、凹模(4)、预应力中 套(5)、预应力外套(6)组成，凹模(4)与预应力外套(6)之间设有预 应力中套(5),导向凹模(3)设于凹模(4)、预应力中套(5)和预应力外 套(6)的上端，导向凸模套(2)设于导向凹模(3)内，凸模(1)设于导 向凸模套(2)内，凹模(4)与齿轮轴(8)毛坯设有体积分流空间(9)。
3. 根据权利要求1所述的一种齿轮轴的齿孔成形模具，其特征在于，所述的凸 模(1)为齿轮轴(8)齿形盲孔A形状。
4. 根据权利要求l所述的一种齿轮轴的齿孔成形模具，其特征在于，所述的导 向凹模(3)、凹模(4)、预应力中套(5)的预应力外套(6)中间的孔径为 齿轮轴(8)的外形。
5. 根据权利要求1所述的一种齿轮轴的齿孔成形模具，其特征在于，所述的导向凸模套(2)内径与凸模(1)外径滑动配合间隙O.02mm。
全文摘要
本发明涉及一种齿轮轴的冷锻工艺，其特征在于，采用内外均冷锻成形和分流锻造新技术，齿轮轴直径与凹模之间设置体积分流空间，通过分流，减少金属流动阻力，降低模具承受单位挤压力，选用高强度模具钢及采用分体结构制造齿孔成形模具，凹模采用三层套预应力结构制造，增强模具抗压能力，冲头采用合金钢材料，进行复杂齿形盲孔冷锻精密成形，提高了齿孔成形质量和生产效率，从而显著降低了原材料的耗用，本发明的优点是实现了齿形盲孔的光洁成形，极大地提高了生产效率，显著地提高齿孔质量和产品合格率。
文档编号B21J13/02GK101332488SQ20081004128
公开日2008年12月31日 申请日期2008年8月1日 优先权日2008年8月1日
发明者廖世绍, 廖泽寰 申请人:上海东芙冷锻制造有限公司