CN113478188B - 驻车齿轮齿形侧向挤压成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了驻车齿轮齿形侧向挤压成型方法，包括依次的下料、锻造、正火、粗车、第一次抛丸、润滑、冷挤压、精车、渗碳淬火工序以及第二次抛丸的工序，所述锻造工序对下料后的物料进行锻造初步形成矩形齿，得到在矩形齿齿根两侧形成凹陷槽的预制坯料；所述冷挤压工序，将预制坯料放置在冷挤压模具内常温挤压，所述冷挤压模具包括沿周向均匀设置的多个相互配合的动模块，全部动模块沿径向移动合拢后前端形成用于放置预制坯料的环状环形型腔，合模时动模块后端受到作用力，推动动模块沿径向方向移动，每个动模块逐渐合拢，进而对环状环形型腔内的预制坯料侧向挤压，多余的金属坯料沿径向方向挤压流入凹陷槽内，并填充凹陷槽完成矩形齿精整挤压。

Description

驻车齿轮齿形侧向挤压成型方法

技术领域

本发明涉及汽车零部件加工的技术领域，具体涉及驻车齿轮齿形侧向挤压成型方法。

背景技术

目前的纯电动或者混合动力新能源汽车，均设置有电驱动动力总成，电驱动动力总成包括电机和减速器，电机的输出轴(或转轴)和减速器的输入轴连接传递力矩。

现有的减速器中，有的设置驻车齿轮用于车辆停止时刹车以防止溜车(P档)，驻车齿轮被锁止时可以阻止传动部分转动。驻车齿轮一般布置在中间轴或者输出差速器上，其承受很大的扭矩及冲击载荷，一旦出现齿面点蚀或齿根裂纹故障时将导致严重的后果，因此针对驻车齿的材料开发、制造工艺、齿轮检测及台架测试都非常严格。

而驻车齿一般采用热锻工艺制成预制坯料，等温正火后精车，采用滚齿加工驻车齿的外圆矩形齿，再经过拉销花键，最后经渗碳淬火后磨削齿形；齿轮精度达到6级精度，因此加工成本较高，现目前采用冷挤压或冷精整的工艺替代滚齿工艺可以较大幅度降低齿轮加工成本，但是，还存在以下技术问题：

1、在冷挤压的过程中，如果直接选用较小直径的圆柱毛坯直接冷压成形，即毛坯直径很接近小端齿根圆直径，毛坯高径比过大，坯料容易发生压弯失稳，产生纵向弯曲，出现单面流动现象，并产生较大的侧向力，不但影响零件的精度，也容易损坏模具；

2、在冷挤压过程中，由于冷压时候金属容易在驻车齿齿槽处堆积，金属流动困难，则驻车齿齿根附近容易出现填充不饱满的缺陷，并产生较大的飞边，引起成形力陡增，无法挤压成所需形状，降低了产品质量。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种通过冷挤压避免驻车齿齿根附近出现金属堆积的驻车齿轮齿形侧向挤压成型方法。

解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

驻车齿轮齿形侧向挤压成型方法，包括依次的下料、锻造、正火、粗车、第一次抛丸、润滑、冷挤压、精车、渗碳淬火工序以及第二次抛丸的工序，所述锻造工序对下料后的物料进行锻造初步形成驻车齿轮的矩形齿，得到在矩形齿齿根两侧形成凹陷槽的预制坯料；所述冷挤压工序，将经在先工序处理的预制坯料放置在冷挤压模具内常温挤压，所述冷挤压模具包括沿周向均匀设置的多个相互配合的动模块，全部动模块沿径向移动合拢后前端形成用于放置预制坯料的环状环形型腔，合模时动模块后端受到作用力，推动动模块沿径向方向移动，每个动模块逐渐合拢，进而对环状环形型腔内的预制坯料侧向挤压，多余的金属坯料沿径向方向挤压流入凹陷槽内，并填充凹陷槽完成矩形齿精整挤压。

本方案主要两个步骤在锻造和冷挤压工序，通过锻造初步形成矩形齿齿根上的凹陷槽，为冷挤压做准备，通过冷挤压模具的动模块沿保持架径向移动，这样，使得多个动模块如花瓣一样逐渐合拢，进而对环状环形型腔内的预制坯料进行侧向挤压，挤压过程中，预制坯料多余的金属坯料沿矩形齿侧面汇集到齿根，进而就会汇集到凹陷槽内，填充凹陷槽完成矩形齿精整挤压，这样就避免了驻车齿齿根附件出现金属坯料堆积的现象，提高产品的质量。

进一步，在冷挤压后进行精车，车削预制坯料端面，矩形齿齿形倒角去毛刺。这样设计，通过冷挤压形成的预制坯料外圆形成一圈矩形齿，对矩形齿齿形倒角去毛刺，保证预制坯料形成的驻车齿满足加工要求。

进一步，在下料工序中，按照设计要求，锯切原材料坯料至规定的尺寸，以及在锻造工序中，利用工频加热设备将锯切好的坯料加热至950℃±20℃，然后在锻造设备上完成镦粗、冲挤内孔形成杯状坯料，锻后坯料置于坯料保温桶内以保存锻件余热。

进一步，在正火工序中，将热锻坯置于井式炉内，在加热时，通过预抽真空、通入氮气同时滴加甲醇除氧实现在此保护气氛下完成锻坯的球化退火处理，使坯料硬度降至≤140HB。

进一步，在完成正火工序后，对杯状坯料进行粗车，在开式压力机上完成冲孔形成预制坯料；再进行第一次抛丸，将预制坯料经喷丸处理去除氧化皮，对预制坯料的内孔及端面进行车削加工后再进行浸润高分子润滑剂处理，风干后以备挤压。

进一步，挤压完成热前机加工后，在渗碳淬火处理，强渗阶段控制碳势1%、扩散阶段控制碳势0.8%，淬火后零件表面硬度、心部硬度、渗层深度、晶粒度达到技术要求，第二次抛丸后齿面直接达到设计要求。

进一步，所述冷挤压模具包括呈环形的定模，全部动模块位于定模内，所述动模块外侧面呈斜面，所述定模内侧面呈斜面，使用时，对动模块施加向下的作用力，所述动模块与所述定模相配合，所述定模推动动模块沿径向方向移动。

通过挤压模具的动模块和定模的配合，实现动模块沿径向移动，这样，使得多个动模块如花瓣一样逐渐合拢，进而对环形型腔内的预制坯料进行侧向挤压，挤压过程中，预制坯料多余的金属坯料沿矩形齿侧面汇集到齿根。

进一步，全部动模块底部设有与其滑动配合的保持架，相邻动模块之间通过压簧连接，所述保持架下方设有支撑板，所述支撑板通过复位弹簧与保持架连接。

本方案通过相邻动模块之间通过压簧连接，实现组合形成具有弹性的动模块，当动模块受力沿定模高度方向移动时，多个动模块逐渐合拢，相邻动模块之间克服压簧的弹性势能逐渐靠拢，对环形型腔内的预制坯料形成侧向挤压；当动模块未受力时，通过支撑板上的复位弹簧带动保持架复位，保持架上的动模块在压簧作用力下复位，使得多个动模块散开，这样能够方便取冷挤压后的坯料。

进一步，所述动模块上设有对应驻车齿齿槽的凸块。

这样设计，通过凸块对应驻车齿齿槽，实现对锻造后精度不高的驻车齿进行齿槽挤压，保证驻车齿的精度，提高产品质量。

进一步，所述保持架呈圆形，所述保持架上设有多个以中心点圆周排列的滑槽，所述动模块底部设有沿滑槽长度方向移动的滑块。

这样设计，通过滑槽和滑块配合实现多个动模块位于保持架上，对动模块进行限位，同时，利用滑块沿滑槽长度方向移动的滑块，实现多个动模块逐渐合拢或散开。

进一步，所述保持架中心设有用于放置预制坯料的限位槽。通过限位槽对预制坯料限位，防止在动模块沿高度方向移动时，预制坯料偏离原位。

进一步，所述动模块上方设有呈环形的挤压杆。通过挤压杆带动动模块沿定模高度方向移动，操作简单方便。

相比现有技术，本发明具有如下优点：

1、本方案采用锻造和冷挤压两种工序相互配合，实现对锻造后的预制坯料侧向挤压形成精整的矩形齿，同时，利用锻造形成的凹陷槽实现多余的金属汇集并保证矩形齿齿根的光滑，提供产品的质量，金属内在组织好，晶粒更细化，避免粗晶、混晶等不良组织。

2、本方案冷挤压矩形齿，齿形的变形量小，这样更容易达到齿形精度，尺寸稳定；模具寿命非常高。

4、本方案通过对原料料段进行第一次抛丸后，润滑后对预制坯料进行冷挤压，同时得到驻车齿的矩形齿，后续再对坯料进行精车，缩短的整个加工工序，同时，进行冷挤压成型，能有效消除料段内部的应力，显著提高冷挤压成型后齿轮的各项机械性能指标。

附图说明

图1为本发明驻车齿轮齿形侧向挤压成型方法的工艺流程图；

图2为本发明驻车齿轮齿形侧向挤压成型方法的冷挤压模具的俯视图；

图3为图2中A-A的剖视图；

图4为图2中冷挤压模具中保持架的俯视图；

图5为图2中冷挤压模具中动模块的仰视图。

图中：定模1、动模块2、凸块3、挤压杆4、保持架5、滑槽6、复位弹簧7、支撑板8、限位槽9、滑块10、预制坯料11、凹陷槽12。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作其中说明。

本实施例：参见图1-图5，驻车齿轮齿形侧向挤压成型方法，包括依次的下料、锻造、正火、粗车、第一次抛丸、润滑、冷挤压、精车、渗碳淬火工序以及第二次抛丸的工序，锻造工序对下料后的物料进行锻造初步形成驻车齿轮的矩形齿，得到在矩形齿齿根两侧形成凹陷槽12的预制坯料11；冷挤压工序，将经在先工序处理的预制坯料11放置在冷挤压模具内常温挤压，冷挤压模具包括沿周向均匀设置的多个相互配合的动模块2，全部动模块2沿径向移动合拢后前端形成用于放置预制坯料11的环状环形型腔，合模时动模块2后端受到作用力，推动动模块2沿径向方向移动，每个动模块2逐渐合拢，进而对环状环形型腔内的预制坯料11侧向挤压，多余的金属坯料沿径向方向挤压流入凹陷槽12内，并填充凹陷槽12完成矩形齿精整挤压。

冷挤压模具包括呈环形的定模1，全部动模块2位于定模1内，动模块2外侧面呈斜面，定模1内侧面呈斜面，使用时，对动模块2施加向下的作用力，动模块2与定模1相配合，定模1推动动模块2沿径向方向移动。

本方案主要两个步骤在锻造和冷挤压工序，通过锻造初步形成矩形齿齿根上的凹陷槽12，为冷挤压做准备，通过冷挤压模具的动模块和定模1的配合，实现动模块2沿保持架5径向移动，这样，使得多个动模块2如花瓣一样逐渐合拢，进而对环形型腔内的预制坯料11进行侧向挤压，挤压过程中，预制坯料11多余的金属坯料沿矩形齿侧面汇集到齿根，进而就会汇集到凹陷槽12内，填充凹陷槽12完成矩形齿精整挤压，这样就避免了驻车齿齿根附件出现金属坯料堆积的现象，提高产品的质量。

作为优选，在冷挤压后进行精车，车削预制坯料11端面，矩形齿齿形倒角去毛刺。这样设计，通过冷挤压形成的预制坯料11外圆形成一圈矩形齿，对矩形齿齿形倒角去毛刺，保证预制坯料11形成的驻车齿满足加工要求。

作为优选，在下料工序中，按照设计要求，锯切原材料坯料至规定的尺寸，以及在锻造工序中，利用工频加热设备将锯切好的坯料加热至950℃±20℃，然后在锻造设备上完成镦粗、冲挤内孔形成杯状坯料，锻后坯料置于坯料保温桶内以保存锻件余热。

作为优选，在正火工序中，将热锻坯置于井式炉内，在加热时，通过预抽真空、通入氮气同时滴加甲醇除氧实现在此保护气氛下完成锻坯的球化退火处理，使坯料硬度降至≤140HB。

作为优选，在完成正火工序后，对杯状坯料进行粗车，在开式压力机上完成冲孔形成预制坯料11；再进行第一次抛丸，将预制坯料11经喷丸处理去除氧化皮，对预制坯料11的内孔及端面进行车削加工后再进行浸润高分子润滑剂处理，风干后以备挤压。

作为优选，挤压完成热前机加工后，在渗碳淬火处理，强渗阶段控制碳势1%、扩散阶段控制碳势0.8%，淬火后零件表面硬度、心部硬度、渗层深度、晶粒度达到技术要求，第二次抛丸后齿面直接达到设计要求。

作为优选，全部动模块2底部设有与其滑动配合的保持架5，相邻动模块2之间通过压簧连接，保持架5下方设有支撑板8，支撑板8通过复位弹簧7与保持架5连接。

本方案通过相邻动模块2之间通过压簧连接，实现组合形成具有弹性的动模块，当动模块受力沿定模1高度方向移动时，多个动模块2逐渐合拢，相邻动模块2之间克服压簧的弹性势能逐渐靠拢，对环形型腔内的预制坯料11形成侧向挤压；当动模块未受力时，通过支撑板8上的复位弹簧7带动保持架5复位，保持架5上的动模块2在压簧作用力下复位，使得多个动模块2散开，这样能够方便取冷挤压后的坯料。

作为优选，动模块2上设有对应驻车齿齿槽的凸块3。

这样设计，通过凸块3对应驻车齿齿槽，实现对锻造后精度不高的驻车齿进行齿槽挤压，保证驻车齿的精度，提高产品质量。

作为优选，保持架5呈圆形，保持架5上设有多个以中心点圆周排列的滑槽6，动模块2底部设有沿滑槽6长度方向移动的滑块10。

这样设计，通过滑槽6和滑块10配合实现多个动模块2位于保持架5上，对动模块2进行限位，同时，利用滑块10沿滑槽6长度方向移动的滑块10，实现多个动模块2逐渐合拢或散开。

作为优选，保持架5中心设有用于放置预制坯料11的限位槽9。通过限位槽9对预制坯料11限位，防止在动模块沿高度方向移动时，预制坯料11偏离原位。

作为优选，动模块上方设有呈环形的挤压杆4。通过挤压杆4带动动模块沿定模1高度方向移动，操作简单方便。

1、本方案采用锻造和冷挤压两种工序相互配合，实现对锻造后的预制坯料11侧向挤压形成精整的矩形齿，同时，利用锻造形成的凹陷槽12实现多余的金属汇集并保证矩形齿齿根的光滑，提供产品的质量，金属内在组织好，晶粒更细化，避免粗晶、混晶等不良组织。

2、本方案冷挤压矩形齿，齿形的变形量小，这样更容易达到齿形精度，尺寸稳定；模具寿命非常高。

4、本方案通过对原料料段进行第一次抛丸后，润滑后对预制坯料11进行冷挤压，同时得到驻车齿的矩形齿，后续再对坯料进行精车，缩短的整个加工工序，同时，进行冷挤压成型，能有效消除料段内部的应力，显著提高冷挤压成型后齿轮的各项机械性能指。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.驻车齿轮齿形侧向挤压成型方法，包括依次的下料、锻造、正火、粗车、第一次抛丸、润滑、冷挤压、精车、渗碳淬火工序以及第二次抛丸的工序，其特征在于，所述锻造工序对下料后的物料进行锻造初步形成驻车齿轮的矩形齿，得到在矩形齿齿根两侧形成凹陷槽（12）的预制坯料（11）；所述冷挤压工序，将经在先工序处理的预制坯料（11）放置在冷挤压模具内常温挤压，所述冷挤压模具包括沿周向均匀设置的多个相互配合的动模块（2），全部动模块（2）沿径向移动合拢后前端形成用于放置预制坯料（11）的环状环形型腔，合模时动模块（2）后端受到作用力，推动动模块（2）沿径向方向移动，每个动模块（2）逐渐合拢，进而对环状环形型腔内的预制坯料（11）侧向挤压，多余的金属坯料沿径向方向挤压流入凹陷槽（12）内，并填充凹陷槽（12）完成矩形齿精整挤压。

2.根据权利要求1所述的驻车齿轮齿形侧向挤压成型方法，其特征在于，在冷挤压后进行精车，车削预制坯料（11）端面，矩形齿齿形倒角去毛刺。

3.根据权利要求1所述的驻车齿轮齿形侧向挤压成型方法，其特征在于，在下料工序中，按照设计要求，锯切原材料坯料至规定的尺寸，以及在锻造工序中，利用工频加热设备将锯切好的坯料加热至950℃±20℃，然后在锻造设备上完成镦粗、冲挤内孔形成杯状坯料，锻后坯料置于坯料保温桶内以保存锻件余热。

4.根据权利要求1所述的驻车齿轮齿形侧向挤压成型方法，其特征在于，在正火工序中，将热锻坯置于井式炉内，在加热时，通过预抽真空、通入氮气同时滴加甲醇除氧实现在此保护气氛下完成锻坯的球化退火处理，使坯料硬度降至≤140HB。

5.根据权利要求1所述的驻车齿轮齿形侧向挤压成型方法，其特征在于，在完成正火工序后，对杯状坯料进行粗车，在开式压力机上完成冲孔形成预制坯料（11）；再进行第一次抛丸，将预制坯料（11）经喷丸处理去除氧化皮，对预制坯料（11）的内孔及端面进行车削加工后再进行浸润高分子润滑剂处理，风干后以备挤压。

6.根据权利要求1所述的驻车齿轮齿形侧向挤压成型方法，其特征在于，在渗碳淬火处理，强渗阶段控制碳势1%、扩散阶段控制碳势0.8%，淬火后零件表面硬度、心部硬度、渗层深度、晶粒度达到技术要求，第二次抛丸后齿面直接达到设计要求。

7.根据权利要求1-6任一项所述的驻车齿轮齿形侧向挤压成型方法，其特征在于，所述冷挤压模具包括呈环形的定模（1），全部动模块（2）位于定模（1）内，所述动模块（2）外侧面呈斜面，所述定模（1）内侧面呈斜面，使用时，对动模块（2）施加向下的作用力，所述动模块（2）与所述定模（1）相配合，所述定模（1）推动动模块（2）沿径向方向移动。

8.根据权利要求7所述的驻车齿轮齿形侧向挤压成型方法，其特征在于，全部动模块（2）底部设有与其滑动配合的保持架（5），相邻动模块（2）之间通过压簧连接，所述保持架（5）下方设有支撑板（8），所述支撑板（8）通过复位弹簧（7）与保持架（5）连接。

9.根据权利要求7所述的驻车齿轮齿形侧向挤压成型方法，其特征在于，所述动模块（2）上设有对应驻车齿齿槽的凸块（3）。

10.根据权利要求8所述的驻车齿轮齿形侧向挤压成型方法，其特征在于，所述保持架（5）呈圆形，所述保持架（5）上设有多个以中心点圆周排列的滑槽（6），所述动模块（2）底部设有沿滑槽（6）长度方向移动的滑块（10）。

Images