CN104148888B - 单向器花键套筒的冷挤成型工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单向器花键套筒的冷挤成型工艺，它包括以下步骤：以空心管为原材料，按照规定尺寸下料后，依次进行退火、平头、抛丸、磷皂化处理、冷挤整形、冷挤花键成型、机加工、淬火、回火、抛丸、清洗、磨床加工，得到成品单向器花键套筒。该工艺得到单向器花键套筒精度高、个体间差异小，且强度性能好，使用寿命长。

Description

单向器花键套筒的冷挤成型工艺

技术领域

本发明涉及机件加工技术领域，具体涉及一种单向器花键套筒的冷挤成型工艺。

背景技术

单向器花键套筒是汽车发动机的重要零部件，其基本结构为圆管，其中在圆管一侧的内表面设置有花键。现有的单向器花键套筒的加工方法多为机加工方法，其不仅环境污染严重、生产成本高、生产效率低且得到的花键使用寿命低、精度也较低。所以，目前也有使用冷挤压工艺对这种工件进行加工的工艺。

公告号为CN102501036B的中国发明专利公开了一种单向器用齿轮的加工方法，其加工工艺为：以20cr合金结构钢棒料为原料，依次进行退火处理、磷皂化处理、镗内孔、退火处理、磷皂化处理、挤压齿形、整形，其中整形包括钻孔、平头、倒角、镗孔、车外圆、磨外圆等机加工工艺。该工艺在工件的强度、精度方面，特别齿形形成的精度和强度，确实比现有的机加工方法有很大程度提高，但是也存在不少问题：(1)使用20cr合金结构钢棒料为原料，仍旧造成不少的材料浪费，生产成本也相应提高；(2)采用镗内孔的方法形成内孔，不仅生产效率低、精度差，且个体间偏差大，在对这些个体间偏差大的加工件再用模具进行齿轮成形，不仅难以保证最后成品的尺寸、精度，且对模具的损耗大，生产成本提高；(3)退火处理会使加工件的表面形成一层氧化层，退火后直接进行磷皂化处理，磷化的效果会比较差，形成的磷酸盐层厚度不均、且整体比较薄，会影响成品的密度分布和整体均一性；(4)两次退火处理和磷皂化处理不仅工艺繁琐，也相应提高了生产成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对以上现有技术的不足，提供一种单向器花键套筒的冷挤成型工艺，该工艺得到单向器花键套筒精度高、个体间差异小，且强度性能好，使用寿命长。

本发明所采用的技术方案为：

一种单向器花键套筒的冷挤成型工艺，该工艺包括以下步骤：以空心管为原材料，按照规定尺寸下料后，依次进行退火、平头、抛丸、磷皂化处理、冷挤整形、冷挤花键成型、机加工、淬火、回火、抛丸、清洗、磨床加工，得到成品单向器花键套筒。

所述退火在工业淬火电阻炉内进行，退火温度为750-800℃，退火时间为6～7h。

所述抛丸是指用铸钢丸进行表面抛丸处理，抛丸时间为5～6min。

所述磷皂化处理包括磷化处理和皂化处理，其中磷化处理包括以下步骤：

a1：将经表面抛丸处理后的空心管料用清水漂洗两次，以去除空心管表面灰尘；

a2：将去除灰尘后的空心管料用80～90℃的去油灵去除表面油污；

a3：将去除油污后的空心管料用70～80℃的热水漂洗两次，去除表面残留的去油灵；

a4：将经步骤a3处理后的空心管料浸入磷化液中进行磷化处理，磷化液包括以下重量百分比的各组分：氧化锌15-20％、磷酸二氢锌20-25％、硝酸15-25％、柠檬酸6-10％、硫酸镍1-3％、钼酸钠1-3％、余量为水，磷化处理条件为：全酸度(TA)40-60Pt，游离酸度(FA)7-10Pt，酸比＝TA/FA，其取值为6-8，促进剂(AC值)1-3Pt，磷化温度为70～80℃，磷化时间为10-15min；

a5：将经过磷化处理后的空心管料用常温清水过滤20～40s，去除表面残留的磷化液；

a6：将经过清水过滤后的空心管料用70～80℃热水浸泡40～60s，来提高加工件的温度。

a7：将经过热水加温的工件浸入皂化液中进行皂化处理，皂化液的成分为硬脂酸钠的水溶物，硬脂酸钠与水的质量配比为1︰8，溶液温度70～80℃，浸泡时间40～60s。

所述冷挤整形在装有整形模具的高速冷挤压成型机上进行，将磷皂化处理后的空心管料立即放入整形模具的凹模中，将整形模具的的芯棒压入凹模，通过液压机以300吨的冲力用冲头正挤压空心管料，形成具有大径端和小径端的套筒毛坯。

所述冷挤花键成型在装有挤花键模具的高速冷挤压成型机上进行，将套筒毛坯的小径端向下放入挤花键模具的凹模，通过液压机以300吨的冲力驱动挤花键模具的花键成型模(芯棒)，正挤压在大径端的曲面腔形成花键，制成单向器花键套筒毛坯。

所述淬火是指在多用炉内进行，处理温度为850-880℃，时间为6小时。此步的温度和时间较为重要，用于使材料变硬，增加强度，增加使用寿命。

所述回火在工业回火炉内进行，回火温度为200℃，时间为1.5小时。此步是对淬火的一个后处理，经过该步后，材料的抗疲劳强度、韧性、耐磨性将大大提高。

与现有技术相比，本发明具有以下显著优点和有益效果：

(1)本发明采用空心管材作为单向器花键套筒加工的原材料，相比现有技术采用实心棒料作原材料的加工工艺，该工艺省去了钻孔/镗孔的步骤、且只需一次退火处理和磷皂化处理即可满足工艺需求，不仅节省了加工成本、节省了原材料、简化了加工工艺，而且更为重要的是，品质优于控制，避免了实心棒料钻孔/镗孔易出现的孔偏、尺寸不均等问题；

(2)本发明空心管下料后先进行平头，平头工艺的指标是各空心管料质量相等，即首先在前期严格保证个体间的质量一致性，用质量相同的空心管料直接进行整形、挤花键，而中间没有进行镗孔等对材料的质量产生影响的步骤，这样经过模具整形、挤花键后得到的套筒毛坯首先在形状、尺寸上一致性非常高，样品间偏差小，精度高，而且套筒毛坯内部质量分布均匀，样品间密度一致性高，批间差异小；

(3)退火处理后先进行抛丸，去除空心管料表面氧化层，再进行磷皂化，可以大大提高磷化的效果，形成的磷酸盐层厚度均匀，表面平滑，结合致密，不易脱落；

(4)本发明采用的磷化液及其浸渍处理方法，具有使用温度低(70～80℃)、磷化时间短(10～15min)、沉渣少的特点，经磷化处理后，使金属表面生成一层膜重8-10g/m2的磷酸锌膜，膜层致密、均匀、无挂灰，由该磷化液处理得到的覆膜对润滑剂的稳定性良好，冷加工尤其是冷镦时作为润滑的底层覆膜最合适；

(5)淬火和回火在本发明也起到关键作用，通过两者之间的协同作用，大大提高了材料的强度、韧度、抗拉伸度，增加使用寿命。

附图说明

图1所示的是本发明的原材料空心管的剖视图；

图2所示的是本发明经过整形后得到的套筒毛坯的剖视图；

图3所示的是本发明经过花键成型后得到的单向器花键套筒毛坯的剖视图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步具体描述。应该指出，以下具体说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有说明，本发明使用的所有科学和技术术语具有与本发明所属技术领域人员通常理解的相同含义。

本实施例ND系列单向器花键套筒的冷挤成型工艺包括以下步骤：以20CrMo空心管(如图1所示)为原材料，按照规格尺寸(一般指长度)锯床下料后，依次进行退火、平头、抛丸、磷皂化处理、冷挤整形、冷挤花键成型、机加工、淬火、回火、抛丸、清洗、磨床加工，得到成品单向器花键套筒。

所述退火在工业淬火电阻炉内进行，退火温度为750-800℃，退火时间为6～7h。该退火温度比现有技术的要稍低一些，一方面与本发明的原材料为空心管材有关，另一方面也是出于降低成本考虑，经过试验该处理工艺以能满足使用需求。

所述平头按常规工艺进行，但要注意的是平头的执行标准是严格保证个体间的质量一致性。

所述抛丸是指用铸钢丸进行表面抛丸处理，抛丸时间为5～6min。该步有效去除了退火步骤在空心管材表面产生的氧化层，使后续磷化处理效果佳。

所述磷皂化处理包括磷化处理和皂化处理，其中磷化处理包括以下步骤：

a1：将经表面抛丸处理后的空心管料用清水漂洗两次，以去除空心管表面灰尘；

a2：将去除灰尘后的空心管料用80～90℃的去油灵去除表面油污；

a3：将去除油污后的空心管料用70～80℃的热水漂洗两次，去除表面残留的去油灵；

a4：将经步骤a3处理后的空心管料浸入磷化液中进行磷化处理，磷化液包括以下重量百分比的各组分：氧化锌15-20％、磷酸二氢锌20-25％、硝酸15-25％、柠檬酸6-10％、硫酸镍1-3％、钼酸钠1-3％、余量为水，磷化处理条件为：全酸度(TA)40-60Pt，游离酸度(FA)7-10Pt，酸比＝TA/FA6-8，促进剂(AC值)1-3Pt，磷化温度为70～80℃，磷化时间为10-15min；

a5：将经过磷化处理后的空心管料用常温清水过滤20～40s，去除表面残留的磷化液；

a6：将经过清水过滤后的空心管料用70～80℃热水浸泡40～60s，来提高加工件的温度。

a7：将经过热水加温的工件浸入皂化液中进行皂化处理，皂化液的成分为硬脂酸钠的水溶物，硬脂酸钠与水的质量配比为1︰8，溶液温度70～80℃，浸泡时间40～60s。

选择上述磷化液可以适当降低磷化处理的温度和时间，70～80℃下10～15min即可完成磷化处理，且得到的磷酸锌膜膜层致密、均匀，厚度适中，在8-10g/m2，即起到很到的润滑作用，又至于太厚给工件增加负担。

所述冷挤整形在装有整形模具的高速冷挤压成型机上进行，将磷皂化处理后的空心管料立即放入整形模具的凹模中，将整形模具的的芯棒压入凹模，通过液压机以300吨的冲力用冲头正挤压空心管料，形成具有大径端和小径端的套筒毛坯，如图2所示。该步的目的是使胚料的外形尺寸统一。

所述冷挤花键成型在装有挤花键模具的高速冷挤压成型机上进行，将套筒毛坯的小径端向下放入挤花键模具的凹模，通过液压机以300吨的冲力驱动挤花键模具的花键成型模(芯棒)，正挤压在大径端的曲面腔形成花键，制成单向器花键套筒毛坯，如图3所示。

所述机加工是指利用数控车床进行单向器花键套筒毛坯内外表面的精加工及端面倒角加工(做产品尺寸)，包括倒角、车外圆、磨外圆等，加工方法采用普通机加工方法。该步后单向器花键套筒毛坯的表面硬度为HR30N77.5-82。

所述淬火在多用炉内进行，处理温度为850-880℃，时间为6小时。

所述回火在工业回火炉内进行，回火温度为200℃，时间为1.5小时。

所述清洗是指用水溶清洗液进行清洗，所述磨床加工是指对表面和内孔进行精度和光洁度的加工，均采用常规工艺。

经过本发明处理工艺得到的单向器花键套筒，经过金相检测，其表面硬度可达58～62HRC，心部硬度35～40HRC，碳化物1～3级，马氏体1～4级，残余奥氏体1～4级，心部铁素体1～4级，使用次数可以达到30000至50000次，完全满足汽车发动机的高工作负荷、高频率动作的工作环境需求。

本发明的上述实施例是对本发明的说明而不能用于限制本发明，与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (7)

1.一种单向器花键套筒的冷挤成型工艺，其特征在于包括以下步骤：以空心管为原材料，按照规定尺寸下料后，依次进行退火、平头、抛丸、磷皂化处理、冷挤整形、冷挤花键成型、机加工、淬火、回火、抛丸、清洗、磨床加工，得到成品单向器花键套筒；

所述冷挤花键成型在装有挤花键模具的高速冷挤压成型机上进行，将套筒毛坯的小径端向下放入挤花键模具的凹模，通过液压机以300吨的冲力驱动挤花键模具的花键成型模，正挤压在大径端的曲面腔形成花键，制成单向器花键套筒毛坯。

2.根据权利要求1所述的单向器花键套筒的冷挤成型工艺，其特征在于：所述退火在工业淬火电阻炉内进行，退火温度为750-800℃，退火时间为6～7h。

3.根据权利要求1所述的单向器花键套筒的冷挤成型工艺，其特征在于：所述抛丸是指用铸钢丸进行表面抛丸处理，抛丸时间为5～6min。

4.根据权利要求1所述的单向器花键套筒的冷挤成型工艺，其特征在于：所述磷皂化处理包括磷化处理和皂化处理，其中磷化处理包括以下步骤：

a1：将经表面抛丸处理后的空心管料用清水漂洗两次，以去除空心管表面灰尘；

a2：将去除灰尘后的空心管料用80～90℃的去油灵去除表面油污；

a3：将去除油污后的空心管料用70～80℃的热水漂洗两次，去除表面残留的去油灵；

a4：将经步骤a3处理后的空心管料浸入磷化液中进行磷化处理，磷化液包括以下重量百分比的各组分：氧化锌15-20％、磷酸二氢锌20-25％、硝酸15-25％、柠檬酸6-10％、硫酸镍1-3％、钼酸钠1-3％、余量为水，磷化处理条件为：全酸度40-60Pt，游离酸度7-10Pt，酸比＝TA/FA， 其取值为 6-8，促进剂1-3Pt，磷化温度为70～80℃，磷化时间为10～15min；

a5：将经过磷化处理后的空心管料用常温清水过滤20～40s，去除表面残留的磷化液；

a6：将经过清水过滤后的空心管料用70～80℃热水浸泡40～60s，来提高加工件的温度；

a7：将经过热水加温的工件浸入皂化液中进行皂化处理，皂化液的成分为硬脂酸钠的水溶物，硬脂酸钠与水的质量配比为1∶8，溶液温度70～80℃，浸泡时间40～60s。

5.根据权利要求1所述的单向器花键套筒的冷挤成型工艺，其特征在于：所述冷挤整形在装有整形模具的高速冷挤压成型机上进行，将磷皂化处理后的空心管料立即放入整形模具的凹模中，将整形模具的芯棒压入凹模，通过液压机以300吨的冲力用冲头正挤压空心管料，形成具有大径端和小径端的套筒毛坯。

6.根据权利要求1所述的单向器花键套筒的冷挤成型工艺，其特征在于：所述淬火在多用炉内进行，处理温度为850-880℃，时间为6小时。

7.根据权利要求1所述的单向器花键套筒的冷挤成型工艺，其特征在于：所述回火在工业回火炉内进行，回火温度为200℃，时间为1.5小时。