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CN104646956B - 一种球笼钟形壳的加工工艺 - Google Patents

一种球笼钟形壳的加工工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种球笼钟形壳的加工工艺，属于机械加工技术领域。它解决了现有的球笼钟形壳的加工生产效率低、性能差、加工成高的问题。本球笼钟形壳的加工工艺，包括以下步骤：a、选料；b、预处理；c、退火处理；d、正挤压成型；e、钻孔；f、反挤压成型；g、热处理；h、后处理。本球笼钟形壳的加工工艺制得的钟形壳产品质量稳定、生产效率提高、生产周期较短，生产成本低，经济性好。

Description

一种球笼钟形壳的加工工艺
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，涉及一种球笼钟形壳的加工工艺。
背景技术
球笼也叫做等速万向节，是轿车传动系统中的重要部件，其作用是将发动机的动力从变速器传递到两个前车轮，驱动轿车高速行驶。用于轿车的等速万向节类型很多，其中应用最多的是球笼式等速万向节和三角架式等速万向节，它主要有滑套、三向轴、传动轴、星形套、保持架、钟形壳等主要零件组成。由于等速万向节传递繁重的驱动力矩，随受负荷重，传动精度高，需求量大，又是安全件，因此其主零件均采用精锻件加工而成。
钟形壳是球笼中重要的一个零部件，同时由于目前汽车产量巨大，因此钟形壳的产量随之增大。目前，钟形壳的加工锻造在我国已经非常普遍，这样既能满足精度要求，又降低了制造成本及周期，同时也符合当今世界制造业发展的趋势。
现有的钟形壳生产加工工艺主要有两种：一种是：1、金属切削加工长轴；2、切削加工后的长轴摩擦焊接内球笼坯料；3、对内球笼坯料进行热模锻加工后再切削加工；4、楔横轧后切削加工。另一种是：断料→加热→柄部自由锻拔长→镦粗→内腔成型，经退火，然后采用机床加工的方法，即：粗车、粗铣、精铣、精磨。上述的加工工艺，机床设备投入较多，切削加工浪费了金属材料，劳动生产效率低、生产周期长，且加工成本也高，加工的钟形壳的强度等哥方面的性能也较差。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种球笼钟形壳的加工工艺，本发明所要解决的技术问题是：如何提高球笼钟形壳的生产效率和性能、降低加工成本。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种球笼钟形壳的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
a、选料：选取金属棒状材料，截取所需的长度棒材胚料；
b、预处理：对截取的棒材胚料的两端进行车倒角处理；
c、退火处理：对处理后的棒材胚料进行退火处理；
d、正挤压成型：将经步骤c处理后的棒材胚料放入冷挤压模具内进行正挤压处理，使棒材胚料形成三段直径大小及长度不一的圆柱型棒材段以及三段棒材段之间的呈圆台状的过渡段；
e、钻孔：对正挤压处理后的胚料中直径较大的棒材段进行钻孔处理；
f、反挤压成型：将上述进行钻孔处理后的坯料放入冷挤压模具内进行反挤压处理形成钟形壳毛坯；
g、热处理：对成型后的钟形壳毛坯进行热处理；
h、后处理：将热处理后的钟形壳毛坯将送料装置送入定位工装中进行车削、打磨处理，然后再进行表面喷砂、磷化、皂化以及表面防锈处理后得到钟形壳成品。
步骤b中的车倒角处理能够更方便后续的正挤压成型的进行，利于缩短生产周期，提高效率。而对棒材胚料进行退火，是为了将棒材胚料内部的组织软化，使工件材料更均匀，消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向，使其在冷挤压时不易破裂，增加成品率，降低了成本，而产品的合格率高同时也一定程度上的提高了生产的效率。步骤e的钻孔处理是为了便于后续反挤压成型的进行，相对与现有的直接在棒材坯料上进行反挤压成型钟形壳的筒状内腔更加的方便快捷，生产效率高,而且，先进行钻孔，再进行后续的反挤压成型成型钟形壳的筒状内腔，相对于的现有的直接在棒材坯料上进行反挤压成型钟形壳的筒状内腔位置更加的精确，加工的球笼的性能更好。同时正挤压和反挤压均采用冷挤压的方式，冷挤压技术是一种高精、高效、优质低耗的先进生产工艺技术，相对与现有的热锻、温锻工艺相比，可以节材30％～50％，节能40％～80％，提高生产效率，而且能够提高锻件质量，改善作业环境。热处理，是为了使冷挤压后的钟形壳毛坯强度较高，提升其力学、物理和化学性能。而后续的喷砂、磷化、皂化以及表面防锈处理能够给钟形壳提供保护，在一定程度上防止金属被腐蚀，降低噪音，是其具有较长的使用寿命。
采用本加工工艺生产的球笼钟形壳产品质量稳定、生产效率提高、生产周期较短，替代了热锻后大量采用机床加工的加工方法，减少了机床加工的作业量，符合当今世界制造业发展的趋势。
在上述的球笼钟形壳的加工工艺中，对步骤a中截取的棒材胚料先进行去毛刺处理。在步骤a中，从棒状材料上截取棒材胚料后，棒材胚料上有可能残留毛刺。且在冷挤压工序中，需先将棒材胚料放置在下模上，之后上模下压，将工件挤压成型。如果将带有毛刺的棒材胚料放置在下模上，可能放置不平，导致棒材胚料被压坏，甚至损坏机器。因此，经过去毛刺处理后的棒材胚料能更稳定的放置在冷挤压机器的模具上，从而保证工件加工的良品率。
在上述的球笼钟形壳的加工工艺中，所述步骤c中的退火处理的具体过程为：1、将棒材胚料放入退火炉中将温度逐渐升至500～600℃，持续时间为1～2h；2、保温0.3～0.5h后继续将温度逐渐升至700～800℃，持续时间为2～4h；3、保温0.3～0.5h后将温度逐渐降至660～700℃，持续1～2h；4、自然降温至400～500℃后再将温度逐渐降至250～300℃后出炉，该过程持续0.8～1.5h。
退火是本工艺加工中至关重要的一个环节，其直接影响到后续冷挤压后工件的质量，采用上述的退火方式能够将棒材胚料内部的组织软化较为均匀，更利于冷挤压成型，提高了生产效率，后续加工的产品的质量和性能较好，降低了废品率，保证了较低的生产成本。
作为优选在上述的球笼钟形壳的加工工艺中，所述步骤2中先在0.7～1.5h内将温度逐渐升至600～650℃，保温0.3～0.5h后再在1～2h内将温度逐渐升至700～800℃。升温采用两个不同的时间段和保持不同的升温速率进行，退火的效果最佳，能够使得棒材胚料内部的组织软化更为均匀。
在上述的球笼钟形壳的加工工艺中，将经步骤d正挤压成型后的坯料放入镦粗凹模中进行局部挤压镦粗处理。镦粗是指用压力使坯料高度减小而直径增大的工序，将正挤压好了的坯料立即放入镦粗凹模中，在封闭的模具型腔中，进行局部挤压镦粗，形成钟形壳的杆部和坯料盘部。
在上述的球笼钟形壳的加工工艺中，所述步骤e中的钻孔孔径大小为该段棒材的直径大小的1/4～1/3。模头伸入该孔中进行反挤压成型处理，相对于现有的直接在温锻模具中对棒材坯料进行冷挤压成型，所需的生产周期更短，生产效率更高，而且钻孔孔径在本申请的范围内，既能够利于反挤压成型处理的进行，同时又保证了反挤压成型后钟形壳的强度等性能参数。
在上述的球笼钟形壳的加工工艺中，所述步骤g中的热处理的具体过程为：先对冷挤压成型后的钟形壳毛坯进行清洗，接着进行淬火处理，再进行冷却，再次清洗后进行回火处理，再次进行冷却。淬火处理能够大幅提高钟形壳的刚性、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。而回火能够减小或消除淬火后钟形壳中的内应力，降低其硬度和强度，以提高其延性或韧性。
在上述的球笼钟形壳的加工工艺中，所述淬火处理具体过程为：将钟形壳毛坯在750～850℃的高温下进行淬火0.5～1h，然后快速冷却至室温，冷却的速度为200～300℃/s；所述回火处理具体过程为：将经淬火处理后的钟形壳毛坯在120～150℃下回火保温0.5～0.8h，然后冷却至室温。作为进一步地优选，淬火的温度为850℃，冷却速度为300℃/s，回火的温度为130℃。通过淬火与不同温度的回火配合，可以大幅度提高钟形壳的强度、韧性及疲劳强度，并可获得这些性能之间的配合以满足不同的使用要求。而淬火和回火的温度和时间控制在本申请的范围内，所能达到的效果最佳。
在上述的球笼钟形壳的加工工艺中，所述步骤h中的磷化、皂化处理的具体过程为：将处理后的钟形壳毛坯进行酸洗5～10min，控制温度为40～60℃；然后用清水漂洗1～2min；完成后再进行磷化处理6～10min，控制温度为75～85℃；清水漂洗后再进行皂化处理7～10min，控制温度为80～85℃。皂化和磷化处理直接影响着钟形壳的使用的性能和使用寿命。采用本工艺处理后的钟形壳在使用过程中噪音较小，耐腐蚀性好，使用寿命长。
与现有技术相比，本球笼钟形壳的加工工艺具有以下优点：球笼钟形壳产品质量稳定、生产效率提高、生产周期较短，替代了热锻后大量采用机床加工的加工方法，减少了机床加工的作业量，生产成本低，经济性好。
附图说明
图1是本球笼钟形壳的加工工艺的流程图。
图2是本本球笼钟形壳的加工的形态变化图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一
如图1所示，本球笼钟形壳的加工工艺包括以下步骤：
首先，进行选料：选取金属棒状材料，截取所需的长度棒材胚料，选取的棒材材料的直径大小以及截取的棒材坯料的长度可根据加工的钟形壳的大小所需来选择，截取的棒材坯料如图2第1幅图所示，
其次，进行预处理：对截取的棒材胚料进行去毛刺处理，使得棒材胚料能更稳定的放置在冷挤压机器的模具上，从而保证工件加工的良品率。完成上述处理后再对棒材胚料的两端进行车倒角处理，所得的棒材坯料如图2第2幅图所示。
退火处理：将棒材胚料放入退火炉中将温度逐渐升至500℃，持续时间为2h；然后在该温度下保温0.5h，然后先在0.7h内将温度逐渐升至650℃，并在该温度下保温0.5h，再在2h内将温度逐渐升至800℃。再然后将温度逐渐降至700℃，持续2h；然后通过自然降温至500℃后再将温度逐渐降至250℃后出炉，该过程持续1.5h。经过退火处理的棒材胚料内部的组织软化，材料更均匀，消除了残余应力，稳定了尺寸，减少变形与裂纹倾向，使其在冷挤压时不易破裂，增加成品率，降低了成本，而产品的合格率高同时也一定程度上的提高了生产的效率。
然后进行正挤压成型：将处理后的棒材胚料放入冷挤压模具内进行正挤压处理，使棒材胚料形成三段直径大小及长度不一的圆柱型棒材段以及三段棒材段之间的呈圆台状的过渡段，处理后的棒材坯料的形状如图2第3幅图所示。正挤压采用冷挤压的方式，相对与现有的热锻、温锻工艺相比，可以节材30％～50％，节能40％～80％，提高生产效率，而且能够提高锻件质量，改善作业环境。
进行镦粗处理：将正挤压成型后的坯料放入镦粗凹模中进行局部挤压镦粗处理，形成钟形壳的杆部和坯料盘部，处理完成后的坯料形态如图2第4幅图所示。
进行钻孔处理：对镦粗处理后胚料中直径较大的棒材段进行钻孔处理；钻孔孔径大小为该段棒材的直径大小的1/4～1/3。钻孔处理有利于后续生产的进行，所需的生产周期更短，生产效率更高，既能够利于反挤压成型处理的进行，同时又保证了反挤压成型后钟形壳的强度等性能参数。钻孔处理后的坯料的形态如图2第5幅图所示。
反挤压成型：将上述进行钻孔处理后的坯料放入冷挤压模具内进行反挤压处理形成钟形壳毛坯。模头伸入该孔中进行反挤压成型处理，相对于现有的直接在温锻模具中对棒材坯料进行冷挤压成型，所需的生产周期更短，生产效率更高。而且反挤压采用冷挤压的方式，相对与现有的热锻、温锻工艺相比，可以节材30％～50％，节能40％～80％，提高生产效率，而且能够提高锻件质量，改善作业环境，经过反挤压成型处理后的钟形壳毛坯的形态如图2第6附图所示。
然后，对成型后的钟形壳毛坯进行热处理：先对冷挤压成型后的钟形壳毛坯进行清洗，接着将钟形壳毛坯在850℃的高温下进行淬火1h，然后快速冷却至室温，冷却的速度为300℃/s，再次清洗后的钟形壳毛坯在120℃下回火保温0.8h，然后冷却至室温。通过淬火与不同温度的回火配合，可以大幅度提高钟形壳的强度、韧性及疲劳强度，并可获得这些性能之间的配合以满足不同的使用要求。
对制得的钟形壳进行后处理：将热处理后的钟形壳毛坯将送料装置送入定位工装中进行车削、打磨处理，然后再进行表面喷砂、磷化、皂化以及表面防锈处理后得到钟形壳成品。磷化、皂化的具体过程为将处理后的钟形壳毛坯进行酸洗5～10min，控制温度为40～60℃；然后用清水漂洗1～2min；完成后再进行磷化处理6～10min，控制温度为75～85℃；清水漂洗后再进行皂化处理7～10min，控制温度为80～85℃。
本加工工艺制得的球笼钟形壳产品硬度为280HB、晶粒度为6级以上、抗拉强度为1600N/mm2、压碎强度为60MPa，质量稳定、生产效率提高、生产周期较短，替代了热锻后大量采用机床加工的加工方法，减少了机床加工的作业量，生产成本低，经济性好。
实施例二
本实施例的球笼钟形壳的加工工艺与实施例一基本相同，其不同之处在于：退火处理：将棒材胚料放入退火炉中将温度逐渐升至600℃，持续时间为1h；然后在该温度下保温0.3h，然后先在1h内将温度逐渐升至600℃，并在该温度下保温0.3h，再在1h内将温度逐渐升至700℃。再然后将温度逐渐降至660℃，持续1h；然后通过自然降温至400℃后再将温度逐渐降至300℃后出炉，该过程持续0.8h。
热处理：先对冷挤压成型后的钟形壳毛坯进行清洗，接着将钟形壳毛坯在750℃的高温下进行淬火0.5h，然后快速冷却至室温，冷却的速度为200℃/s，再次清洗后的钟形壳毛坯在150℃下回火保温0.5h，然后冷却至室温。
本加工工艺制得的球笼钟形壳产品硬度为275HB、晶粒度为6级以上、抗拉强度为1700N/mm2、压碎强度为57MPa，质量稳定、生产效率提高、生产周期较短，替代了热锻后大量采用机床加工的加工方法，减少了机床加工的作业量，生产成本低，经济性好。
实施例三
本实施例的球笼钟形壳的加工工艺与实施例一基本相同，其不同之处在于：退火处理：将棒材胚料放入退火炉中将温度逐渐升至550℃，持续时间为1.5h；然后在该温度下保温0.4h，然后先在1.1h内将温度逐渐升至625℃，并在该温度下保温0.4h，再在1.5h内将温度逐渐升至750℃。再然后将温度逐渐降至680℃，持续1.5h；然后通过自然降温至450℃后再将温度逐渐降至275℃后出炉，该过程持续0.8h。
热处理：先对冷挤压成型后的钟形壳毛坯进行清洗，接着将钟形壳毛坯在800℃的高温下进行淬火0.75h，然后快速冷却至室温，冷却的速度为250℃/s，再次清洗后的钟形壳毛坯在135℃下回火保温0.6h，然后冷却至室温。
本加工工艺制得的球笼钟形壳产品硬度为300HB、晶粒度为6级以上、抗拉强度为1580N/mm2、压碎强度为58MPa，质量稳定、生产效率提高、生产周期较短，替代了热锻后大量采用机床加工的加工方法，减少了机床加工的作业量，生产成本低，经济性好。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种球笼钟形壳的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
a、选料：选取金属棒状材料，截取所需的长度棒材胚料；
b、预处理：对截取的棒材胚料的两端进行车倒角处理；
c、退火处理：对处理后的棒材胚料进行退火处理；
d、正挤压成型：将经步骤c处理后的棒材胚料放入冷挤压模具内进行正挤压处理，使棒材胚料形成三段直径大小及长度不一的圆柱型棒材段以及三段棒材段之间的呈圆台状的过渡段；
e、钻孔：对正挤压处理后的胚料中直径较大的棒材段进行钻孔处理；
f、反挤压成型：将上述进行钻孔处理后的坯料放入冷挤压模具内进行反挤压处理形成钟形壳毛坯；
g、热处理：对成型后的钟形壳毛坯进行热处理；
h、后处理：将热处理后的钟形壳毛坯将送料装置送入定位工装中进行车削、打磨处理，然后再进行表面喷砂、磷化、皂化以及表面防锈处理后得到钟形壳成品；
对步骤a中截取的棒材胚料先进行去毛刺处理；
所述步骤c中的退火处理的具体过程为：1、将棒材胚料放入退火炉中将温度逐渐升至500～600℃，持续时间为1～2h；2、保温0.3～0.5h后继续将温度逐渐升至700～800℃，持续时间为2～4h；3、保温0.3～0.5h后将温度逐渐降至660～700℃，持续1～2h；4、自然降温至400～500℃后再将温度逐渐降至250～300℃后出炉，该过程持续0.8～1.5h。
2.根据权利要求1所述的球笼钟形壳的加工工艺，其特征在于，所述步骤2中先在0.7～1.5h内将温度逐渐升至600～650℃，保温0.3～0.5h后再在1～2h内将温度逐渐升至700～800℃。
3.根据权利要求1所述的球笼钟形壳的加工工艺，其特征在于，将经步骤d正挤压成型后的坯料放入镦粗凹模中进行局部挤压镦粗处理。
4.根据权利要求1所述的球笼钟形壳的加工工艺，其特征在于，所述步骤e中的钻孔孔径大小为该段棒材的直径大小的1/4～1/3。
5.根据权利要求1所述的球笼钟形壳的加工工艺，其特征在于，所述
步骤g中的热处理的具体过程为：先对冷挤压成型后的钟形壳毛坯进行清洗，接着进行淬火处理，再进行冷却，再次清洗后进行回火处理，再次进行冷却。
6.根据权利要求5所述的球笼钟形壳的加工工艺，其特征在于，所述淬火处理具体过程为：将钟形壳毛坯在750～850℃的高温下进行淬火0.5～1h，然后快速冷却至室温，冷却的速度为200～300℃/s；所述回火处理具体过程为：将经淬火处理后的钟形壳毛坯在120～150℃下回火保温0.5～0.8h，然后冷却至室温。
7.根据权利要求6所述的球笼钟形壳的加工工艺，其特征在于，所述淬火的温度为850℃，冷却速度为300℃/s，回火的温度为130℃。
8.根据权利要求1或2所述的球笼钟形壳的加工工艺，其特征在于，所述步骤h中的磷化、皂化处理的具体过程为：将处理后的钟形壳毛坯进行酸洗5～10min，控制温度为40～60℃；然后用清水漂洗1～2min；完成后再进行磷化处理6～10min，控制温度为75～85℃；清水漂洗后再进行皂化处理7～10min，控制温度为80～85℃。
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