CN105689611B - 一种单头花键轴套加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种单头花键轴套加工工艺，包括步骤：下料，抛丸，表面涂层，加热，锻造，淬火，回火，以及温挤压成型。本发明的采用相变与形变耦合近成型技术的单头花键轴套加工工艺，制备的零件除关键尺寸以外，无需后续加工，提高了原材料的利用率；与传统模锻成形工艺相比较，快速实现了组织均匀化和晶粒细化以及弥散强化，避免了传统模锻工艺成形后期由于调质或正火工艺导致变形量大，芯部容易产生微裂纹或同轴度无法保证所带来的问题；另本发明的工艺生产率高、能源消耗以及制造成本的降低，制造周期短，提高了产品的整体竞争力。
Description
技术领域
本发明涉及金属机械加工技术领域，特别涉及一种单头花键轴套的锻造加工工艺。
背景技术
近年来,随着以汽车工业为代表的机械工业飞速发展和日趋白热化的国际市场竞争,提高零部件精度与性能、实现设计过程的高效率、低成本与生产工艺的低能耗已成为制造业提高市场竞争力的重要途径。沿袭多年的普通切削加工技术以及传统的锻造技术已难以满足目前的生产要求。传统锻造技术是利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法，通过锻造可以消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构；同时由于保存了完整的金属流线，因此锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。按照锻造温度，锻造可以分为冷锻、温段以及热锻。其中温锻是指在钢的再结晶温度以下且高于常温的锻造，采用温锻工艺可以提高锻件的精度和质量，同时又没有冷锻那样大的成形力，一般适用于对质量和精度要求较高的部件的锻造成型。具体部件的锻造工艺根据部件的具体结构又有不同。如图1所示的一种单头花键轴套，目前采用的锻压工艺步骤为：坯料下料、抛丸、加热、温锻、抛丸、正火、磷皂化、冷挤压成型、机加工、淬火。采用这种现有工艺的缺点是：锻造过程中，难以对金属微观组织进行准确的控制，锻后微观组织中存在不均匀现象，金相组织中可以观察到呈不规则分布的粗大晶粒(如图4所示)；后道的正火过程虽然能够在一定程度上细化组织，改善金属性能，消除锻造过程中的不均匀应力分布，但正火加热温度高，保温时间长，造成较高能耗的同时也降低了生产效率；而冷挤压过程由于是在常温下进行的，因此变形抗力较大，冷挤压模具在冷热交变的温度场中承受复杂的应力状态，模具损耗严重；另外，工件在后期淬火过程中，变形量较大，不仅工件尺寸精度难以保证而且容易产生微裂纹，在工件使用中这些显微裂纹易成为应力集中源，导致宏观断裂的发生从而降低产品使用寿命。因此，为了提高锻件的质量，需要对现有的工艺进行调整，设计一种锻件质量更高的锻造加工工艺。
发明内容
针对现有锻造加工工艺中的问题，本发明提出一种新的单头花键轴套加工工艺，其可以使最终产品的晶粒更加细化，具备更大的塑性变形量。
为实现本发明的目的，本发明的一种单头花键轴套加工工艺包括如下步骤：
S1：下料，将棒材原料锯成待加工坯料；
S2：抛丸，在抛丸机的钢丸中掺入适量菱角砂，将坯料表面打毛形成凹坑；
S3：表面涂层，将配比好的石墨液加温到150℃-300℃，将经过抛丸的坯料置于其中浸泡数分钟，晾干；
S4：加热，将涂层完成的坯料加热至850℃-1050℃；
S5：锻造，将加热后的坯料分别进行正挤、镦粗以及反挤；
S6：淬火，利用锻后余热进行快速淬火，确保工件完全马氏体化；
S7：回火，将淬火后得工件加热至500℃-650℃，保温2-6min；以及
S8：温挤压成型，将回火工件放入模具模腔，进行温挤压成型。
优选的，所述温挤压成型时的工件温度为550℃-650℃。
本发明的单头花键轴套加工工艺，采用相变与形变耦合近成型技术，制备的零件除关键尺寸以外，无需后续加工,提高了原材料的利用率；与传统模锻成形工艺相比较,快速实现了组织均匀化和晶粒细化以及弥散强化,避免了传统模锻工艺成形后期由于调质或正火工艺导致变形量大,芯部容易产生微裂纹或同轴度无法保证所带来的问题；另本发明的工艺生产率高、能源消耗以及制造成本的降低,制造周期短,提高了产品的整体竞争力。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，本发明前述的和其他的目的、特征和优点将变得显而易见。其中：
图1所示为马氏体组织在200℃-600℃其塑性的变化规律图；
图2所示为本发明的单头花键轴套加工工艺的流程图；
图3所示为本发明的单头花键轴套加工工艺中的锻造步骤的部件加工过程图示；
图4所示为传统锻造工艺形成的锻件的晶粒组织图；
图5所示为本发明的工艺形成的锻件的晶粒组织图。
具体实施方式
由于传统的锻造技术已难以满足目前产业中对于部件高精度高性能的要求，本发明提出一种相变与形变耦合近成型技术来进行单头花键轴套的加工工艺。
具体的，本发明的采用相变与形变耦合技术的一种新的单头花键轴套加工工艺包括如下步骤：
S1：下料，将棒材原料锯成待加工坯料；坯料重量相互差≤0.01kg；
S2：抛丸，选用合适的抛丸机，在钢丸中掺入适量菱角砂，将坯料表面打毛形成凹坑；
S3：表面涂层，选用水基石墨乳液选择合适的配比，将配比好的石墨液加温到150℃-300℃，将打毛的坯料置于其中浸泡数分钟，晾干；
S4：加热，选用中频感应炉将表面涂层后的坯料加热至850℃-1050℃；
S5：锻造，将加热后的坯料分别进行正挤、镦粗以及反挤；具体请见图2所示的加工工序图；
S6：淬火，利用锻后余热进行迅速淬火，确保工件完全淬透(完全马氏体化)，淬火介质为水或淬火液；
S7：回火，将淬火后得工件加热至500℃-650℃，保温2-6min；以及
S8：温挤压成型，将回火工件放入模具模腔，进行温挤压成型。
相变与形变耦合技术是使金属材料在模具和锻压设备作用下发生预成形制坯,在坯料发生形变后利用锻后余热进行迅速淬火，即所谓的形变热处理,得到过饱和铁素体组织即马氏体。预成形热锻时变形程度越大，位错运动以及位错交滑移越显著，晶粒破损越严重,在再结晶作用下得到了细小均匀的奥氏体晶粒,为马氏体进一步细化打下了基础。奥氏体晶粒越细小,形变淬火后得到的马氏体也越小,其组织的内能也越高。由于淬火态钢是成分均匀的单相过饱和铁素体组织,当快速加热到一定温度后并保温恰当时间,其过饱和度有所下降,此时变形所表现的塑性要优于“铁素体+珠光体”的两相组织，随后的温锻近成形过程中,在内能和形变能共同作用下,过饱和的碳将以稳定的碳化物形式通过应变诱导方式在晶内和晶界析出,最终获得到了细小的铁素体,并在铁素体晶内或晶界均匀分布着颗粒状的碳化物组织,实现晶界与质点弥散分布的共同强化效果,而弥散分布的碳化物可有效地防止晶粒长大,使超细晶具有很高的稳定性。
在上述工艺步骤中，将淬火工艺移至温挤压成型工艺之前，淬火的主要目的是获得尽量多的马氏体。在碳钢的各类组织中，晶粒尺寸最为细小是马氏体组织，低碳钢、中碳钢、不锈钢等钢中的马氏体组织是由众多成群的、相互平行排列的板条所组成，故称为板条马氏体,板条之间为小角度晶界。原始组织的细化程度越高，塑性变形再结晶后得到的晶粒越细小。所以将马氏体组织作为塑性变形的预备组织，对其施加塑性变形即可获得尺寸更加细小的超细晶粒，如图5所示的本发明的工艺形成的锻件的晶粒组织图。从图4及图5可以清楚地看出传统锻造工艺和本发明的工艺形成的锻件的晶粒组织的对比结果。
马氏体组织是一种过饱和的单相铁素体组织,其强度和硬度较高,塑性变形抗力也高,如何在保持马氏体相变细化晶粒的突出作用的同时降低其变形抗力是急需解决的关键问题。钢铁材料仅靠大塑性变形获得超细晶结构并使成分均匀化是很困难的，而温变形恰恰能够解决钢铁材料在冷变形过程中变形抗力较大的问题。经实验证明，实现温变形的条件是变形时的温度与材料的熔点之比为0.3-0.4，由此可算得,黑色金属温变形时所需温度约为200℃-850℃。经实验研究发现马氏体组织在200℃-600℃其塑性的变化规律如图1所示，图1也对比了淬火钢与退火钢在不同温度下的塑性指标。从图中可以看出，在500℃-650℃进行温挤压变形时的塑性应变能力最好，因此，本发明的工艺步骤中将淬火后的锻件加热至500℃-650℃，或者优选的加热至550℃-650℃再进行温挤压成型即可以达到相当优异的塑性指标。
由以上分析可以得出采用相变与形变耦合制造技术可以快速实现钢铁材料的组织均匀化和晶粒细化,并同时满足位错强化、晶界强化、弥散强化、相变强化四种强化机制,这也是其它加工工艺无法实现的。采用这一加工技术在提高强度的同时,塑性指标也不下降,这就大大地提高了材料的综合性能,保证了零部件的使用寿命。
本发明的相变与形变耦合近成型技术主要具备以下的优点:
(1)制备的零件除关键尺寸以外,无后续加工,提高原材料的利用率；生产率的提高、能源消耗以及制造成本的降低,使制造周期缩短,提高了产品的竞争力；
(2)与传统切削加工的产品相比较,产品的性能和质量有很大提高；
(3)与传统模锻成形工艺相比较,相变与形变耦合近成型技术快速实现了组织均匀化和晶粒细化以及弥散强化,避免了传统模锻工艺成形后期由于调质或正火工艺导致变形量大,芯部容易产生微裂纹或同轴度无法保证所带来的问题。
本发明的相变与形变耦合技术一种新的单头花键轴套加工工艺，由于具有生产效率高、生产费用低,适合于大批量生产的特点,可以在汽车工业中得到快速发展并发挥重要作用。
本发明并不局限于所述的实施例，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神即公开范围内，仍可作一些修正或改变，故本发明的权利保护范围以权利要求书限定的范围为准。
Claims (1)
1.一种单头花键轴套加工工艺，其特征在于，所述加工工艺包括如下步骤：
S1：下料，将棒材原料锯成待加工坯料；
S2：抛丸，在抛丸机的钢丸中掺入适量菱角砂，将坯料表面打毛形成凹坑；
S3：表面涂层，将配比好的石墨液加温到150℃-300℃，将经过抛丸的坯料置于其中浸泡数分钟，晾干；
S4：加热，将涂层完成的坯料加热至850℃-1050℃；
S5：锻造，将加热后的坯料分别进行正挤、镦粗以及反挤；
S6：淬火，利用锻后余热进行快速淬火，确保工件完全马氏体化；
S7：回火，将淬火后得工件加热至500℃-650℃，保温2-6min；以及
S8：温挤压成型，将回火工件放入模具模腔，进行温挤压成型；所述温挤压成型时的工件温度为550℃-650℃。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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Denomination of invention: Machining technology for single-end spline shaft sleeve Effective date of registration: 20200108 Granted publication date: 20180821 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd Xinghua branch Pledgor: Jiangsu Haiyu Machinery Co., Ltd. Registration number: Y2020320000014 |
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Date of cancellation: 20210111 Granted publication date: 20180821 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Xinghua branch Pledgor: JIANGSU HAIYU MACHINERY Co.,Ltd. Registration number: Y2020320000014 |
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Denomination of invention: Processing technology of single head spline shaft sleeve Effective date of registration: 20210113 Granted publication date: 20180821 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Xinghua branch Pledgor: JIANGSU HAIYU MACHINERY Co.,Ltd. Registration number: Y2021980000354 |
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Date of cancellation: 20220311 Granted publication date: 20180821 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Xinghua branch Pledgor: JIANGSU HAIYU MACHINERY Co.,Ltd. Registration number: Y2021980000354 |
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Denomination of invention: A processing technology of single head spline shaft sleeve Effective date of registration: 20220314 Granted publication date: 20180821 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Xinghua branch Pledgor: JIANGSU HAIYU MACHINERY Co.,Ltd. Registration number: Y2022980002476 |
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Date of cancellation: 20220506 Granted publication date: 20180821 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Xinghua branch Pledgor: JIANGSU HAIYU MACHINERY Co.,Ltd. Registration number: Y2022980002476 |
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