CN202621784U - 汽车变速器齿套坯件的辗扩成型模 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种汽车变速器齿套坯件的辗扩成型模，包括辗轮、辗轴和顶轮，关键在于在辗轮的外圆环上有第一、第二环向凹槽，辗轮和辗轴的轮廓形状依据最终成型的汽车变速器齿套坯件的结构形式而定，顶轮对汽车变速器齿套坯件施加一定的推力。本实用新型最大限度地节约了能源，减少了后续机加工量，降低了材料消耗，延长了成品的使用寿命。

Description

汽车变速器齿套坯件的辗扩成型模

技术领域

本实用新型属于汽车变速器技术领域，具体地讲，是一种用于汽车变速器齿套坯件辗压成型工艺中的模具。

背景技术

我国汽车工业产品质量近年来有很大发展，但其中部分坯件的锻造加工技术仍较落后，如生产汽车变速器齿套坯件。传统的锻压方法难以达到坯件尺寸的较高要求，但由于在锻压技术革新方面没有较大突破，目前仍采用传统方法进行锻造。经过下料、加热、墩坯、冲孔、冲连皮制成圆环形的坯件，锻造出的坯件与成品零件之间留有较大的尺寸余量，再通过机加加工外圆面上的环向凹槽。这种锻造方法存在的主要问题是：材料消耗高，后期加工量大。若使用钢管切割成短节的圆环形坯料，一是钢管生产本身成本很高，钢管售价高，加上锯料时3～4mm的锯缝几乎消耗5％～10％的材料；二是钢管生产壁厚偏差较大，GB8162-1999规定壁厚差允许范围为-10％～+12％，生产汽车配件的厂家向钢管厂订货时就必须按增大10％壁厚来订货才能保证内孔加工的要求。所以，以上两种方法均是以加大坯件尺寸与成品零件尺寸等代价来保证产品质量，直接地影响就是原材料消耗高，机加工量大，尤其是大尺寸的汽车变速器齿套，增加了制造成本。像汽车变速器齿套这种外圆面上带有环向凹槽的圆环形坯件，锻造加工坯件和钢管生产几乎无法生产出带环向凹槽的圆环形坯件，均靠后期机加工切削出凹槽。凹槽部分的材料是完全浪费，而往往这些凹槽占坯件总体积的15％～20％。

传统锻压辗环的加工技术仅限于制造对称圆环件毛坯的环形零件，这种辗环加工的方法可以极大地降低坯件的生产制造成本，提高坯件的制造精度，其主要的步骤如下：下料、加热、去氧化皮、镦粗、冲孔、落料平端面、扩展成形、整形、正火、抛丸。这种锻压辗环的方法所使用的模具由辗轮和辗轴组成，辗轮的结构简单，仅限于制造对称的圆环形坯件。如果将汽车变速器齿套这种非对称圆环件毛坯采用辗压制坯法进行压制，由于齿圈坯件成品各部分宽窄比、厚薄比差异很大，用直筒圆环坯料进行辗压时各部分的变形差(变形差＝辗扩前对应位置处的外径与内径的差值-辗扩后对应位置处的外径与内径的差值)相差非常大，当内、外径相差很大(即坯件很厚)的部分已经压制达到成品尺寸外形要求时，内外径相差很小(即坯件很薄)的部分根本无法达到满足成品要求的外型尺寸。由于无法在制坯时预先对齿圈又厚又窄的部分进行预成型，所以在辗压时坯料金属流动性差、形变阻力大等影响，很难挤压进辗轮型腔内又深又窄的槽内形成满足成品外形尺寸要求的坯件，解决的办法是将汽车变速器齿套毛坯辗进行双件对称压制，再将其分割成两件，这样也必然造成材料浪费。

国家知识产权局公开了一种“汽车变速器齿圈辗压制坯法”，申请号为2010106165813，是目前较为先进的汽车变速器齿圈毛坯的加工方法，有效地解决了非对称圆环件的辗扩难题。该发明以圆钢为坯件，通过下料、加热、镦粗、预成型及冲盲孔、冲连皮及压端面等一系列工序后进行辗扩成型、整形、正火及抛丸。其辗扩成型的工作原理与传统的辗扩成型原理相同，由辗轮、辗轴和顶轮组成的辗扩成型模具进行。采用的基本方法就是在预成型完成时，预成型模具所形成的型腔断面与汽车变速器齿圈坯件所对应的不同内、外径的圆环内腔大致相同；在辗扩成型完成时辗轮和辗轴所形成的型腔断面与汽车变速器齿圈毛坯所对应的不同内、外径的圆环内腔完全相同，辗轮的外圆环、顶轮的外圆环分别与坯件的外圆环相啮合；通过控制辗轮与预成型模具的具体尺寸，来实现在辗扩时对辗扩成型中变形差大的部分进行提前辗扩。但是其辗压出来的齿圈坯件(如图10所示)，仍要再次进行机加工，以加工出齿套坯件上的环向凹槽，其材料浪费率虽然得到了很大的提高，但是仍有继续改进的空间。

实用新型内容

本实用新型所要解决是通过辗扩成型模加工出汽车变速器齿套坯件这种非对称圆环件毛坯，辗扩成型后的坯件已将需切削凹槽的部位辗制成型，最大限度地降低生产能源消耗，降低材料消耗，减少后续机加工量，同时保证坯件的综合机械性能

为解决以上技术问题，本实用新型提供的一种汽车变速器齿套坯件的辗扩成型模，包括辗轮(1)、辗轴(2)和顶轮(3)，三者的轴线平行，所述辗轮(1)和辗轴(2)上下布置，顶轮(3)安装在于辗轴(2)的侧下方，关键在于：

所述辗轮(1)为带有同轴内孔的环形件，在辗轮(1)的左端有一圆柱形的定位槽(1a)，该定位槽(1a)与辗轮(1)同轴且直径大于辗轮(1)的内孔直径，所述辗轮(1)的外圆环上设置有与辗轮(1)同轴的第一环形凹槽(1b)和第二环形凹槽(1c)，第一环形凹槽(1b)和第二环形凹槽(1c)将辗轮(1)的外圆环分割成第一圆环面(A)、第二圆环面(B)和第三圆环面(C)，所述第二圆环面(B)的直径小于第一圆环面(A)的直径，第一圆环面(A)的直径小于或等于第三圆环面(C)的直径，所述第一、第二环向凹槽(1b、1c)的底面均为水平面，第一环向凹槽(1b)的左侧通过一个脱模斜面与第一圆环面(A)相连，第一环向凹槽(1b)的右侧通过一个脱模斜面与第二圆环面(B)相连，第二环向凹槽(1c)的左侧通过斜面(D)与第二圆环面(B)相连，第二环向凹槽(1c)的右侧通过一个脱模斜面与第三圆环面(C)相连；

所述辗轴(2)由从左到右依次相连的圆锥体(2a)、工作圆柱体(2b)和支撑圆柱体(2c)组成，三者同轴设置，所述圆锥体(2a)左端直径小于右端直径，所述支撑圆柱体(2c)的直径小于或等于所述工作圆柱体(2b)的直径，所述圆锥体(2a)的左端开有螺纹连接孔(2d)；

所述顶轮(3)为带有同轴内孔的环形件，顶轮(3)的外圆周包括左圆环面(3a)和右圆环面(3c)，左、右圆环面(3a、3c)通过斜面或竖直平面(3b)连接，所述左圆环面(3a)的直径大于右圆环面(3c)的直径，所述左圆环面(3a)与所述辗轮(1)的第一环形凹槽(1b)对应设置，且左圆环面(3a)的宽度大于或等于第一环形凹槽(1b)的宽度，所述右圆环面(3c)与所述辗轮(1)的第二环形凹槽(1c)对应设置，且右圆环面(3c)的宽度大于或等于第二环形凹槽(1c)的宽度。

辗扩成型的工作原理与传统的辗扩成型相同，由辗轮、辗轴和顶轮组成，由辗扩成型模进行。

辗扩过程如下：将辗轮和辗轴分别装在工作架上，将坯件套在辗轴的工作圆柱体上，辗轮为主动轴，辗轴活接在工作架上。辗轮下移与坯件接触，辗轮带动坯件随辗轮一起转动。辗轮在不断辗扩坯件的过程中继续下移，坯件的高度始终不变，坯件的厚壁逐渐减小，同时坯件的直径不断变大。经过辗轮辗压的坯件曲率偏大，顶轮在坯件辗扩成型完成前对坯件施加推力，有利于坯件外圆环的弯曲变形，使坯件的曲率半径达到要求。当坯件与预先设置在辗轴周围的定位轮接触时，停止辗扩成型工序。

作为优选，所述斜面(D)由省料斜面(D1)和位于省料斜面(D)上方的脱模斜面构成，所述省料斜面(D1)的倾斜角度大于与省料斜面(D1)相连的脱模斜面的倾斜角度。这种组合斜面适用于辗压带有相应斜面的坯件，而单独设置脱模斜面的情况适用于坯件上相应的面为竖直面的情况。

另外，所述辗轮(1)上的第一环形凹槽(1b)和第二环形凹槽(1c)均倒圆角，辗轴(2)的工作圆柱体(2b)的右端倒圆角。

本实用新型具有以下有益效果：

1)汽车变速器齿套坯件外形直接用模具辗压成型，避免了机加带来的材料损耗，与锻坯及用钢管加工而成的坯件相比，材料损耗降低了25％～40％，与背景技术中介绍的“汽车变速器齿圈辗压制坯法”相比，材料损耗降低了10％～15％；

2)由于齿套坯件外圆直径大，内孔直径大，属壁厚相对较小的薄环件，且带有壁厚与高度比较小的小圆环，因此封闭锻压所需的压制力很大，所需要的设备吨位比辗扩预成型所需要的设备吨位大几倍，本实用新型用较小吨位的设备制成的坯件尺寸达到了用大几倍吨位的设备制成的坯件尺寸，极大地节约了设备能源消耗和设备投入；

3)辗扩变形是径向压缩，周向延伸，坯件金属纤维沿圆周连续排列，提高了坯件的内在质量和制造精度，改善了成品零件的热处理性能、强度和耐磨性，成品使用寿命显著提高；

4)减少了后续机加工量，提高了生产效率，再一次降低了坯件的生产制造成本，节省了人力和物力，机加成本明显降低。

附图说明

图1是本实用新型中辗轮的结构示意图。及其安装示意图。

图2是本实用新型中辗轴的结构示意图。

图3是本实用新型中顶轮的结构示意图。

图4是本实用新型的安装示意图。

图5是图4的右视图。

图6是汽车变速器齿套坯件的整个工艺流程图。

图7是汽车变速器齿套坯件工艺流程中所用的镦粗模。

图8是汽车变速器齿套坯件工艺流程中所用的预成型模。

图9是本实用新型所辗扩成型的汽车变速器齿套坯件。

图10是背景技术中介绍的汽车变速器齿圈辗压制坯法制造出的汽车变速器齿套坯件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

如图5、图6所示的汽车变速器齿套坯件的辗扩成型模，由辗轮1、辗轴2、顶轮3组成，三者的轴线平行。辗轮1和辗轴2上下布置，辗轮1位于辗轴2的上方，顶轮3安装在于辗轴2的侧下方。其布置方式与传统辗扩成型中辗轮、辗轴、顶轮的布置方式相同。

如图1所示，辗轮1为带有同轴内孔的环形件，内孔为安装孔。在辗轮1的左端有一圆柱形的定位槽1a，该定位槽1a与辗轮1同轴且直径大于辗轮1的内孔直径，该定位槽1a与辗轮1的内孔形成了一个T形圆台孔。辗轮1的外圆环上设置有与辗轮1同轴的第一环形凹槽1b和第二环形凹槽1c，第一环形凹槽1b和第二环形凹槽1c将辗轮1的外圆环分割成第一圆环面A、第二圆环面B和第三圆环面C，第一圆环面A、第一环形凹槽1b、第二圆环面B、第二环形凹槽1c和第三圆环面C从左到右依次布置。第二圆环面B的直径小于第一圆环面A的直径，第一圆环面A的直径小于或等于第三圆环面C的直径。第一、第二环向凹槽1b、1c的底面均为水平面，第一环向凹槽1b的左侧通过一个脱模斜面与第一圆环面A相连，第一环向凹槽1b的右侧通过一个脱模斜面与第二圆环面B相连，第二环向凹槽1c的左侧通过斜面D与第二圆环面B相连，斜面D单独由一个脱模斜面构成，适用于坯件上相应的面为竖直面的情况；斜面D为组合斜面，由省料斜面D1和位于省料斜面D1上方的一个脱模斜面构成，适用于辗压带有与省料斜面对应的斜面的坯件。第二环向凹槽1c的右侧通过一个脱模斜面与第三圆环面C相连。这样的辗轮结构，完全是依据如图9所示的汽车变速器齿套坯件的外圆环结构而设置，使汽车变速器齿套坯件5刚好能卡入辗轮1的两个环向凹槽中。

作为优选，省料斜面D1的倾斜角度大于与省料斜面D1相连的脱模斜面的倾斜角度。省料斜面D1的设置是为了进一步节约原材料、减少机加量。辗轮1上供设置有两个环向凹槽，每个环向凹槽上的两侧各设置有一个脱模斜面，以便于顺利脱模；同时便于辗扩成型过程中金属的挤压流动，保证坯件金属体充满辗轮1的环向凹槽，辗制出的坯件外形完整规则。

如图2所示，辗轴2由从左到右依次相连的圆锥体2a、工作圆柱体2b和支撑圆柱体2c组成，三者同轴设置，圆锥体2a左端直径小于右端直径，支撑圆柱体2c的直径小于或等于工作圆柱体2b的直径，便于坯件在辗轴2在的装拆。圆锥体2a的左端开有螺纹连接孔2d。圆锥体2a、工作圆柱体2b、支撑圆柱体2c和螺纹连接孔2d同轴设置。

如图3所示，顶轮3为带有同轴内孔的环形件，内孔为安装孔。顶轮3的外圆周包括左圆环面3a和右圆环面3c，左、右圆环面3a、3c通过斜面或竖直平面3b连接，左圆环面3a的直径大于右圆环面3c的直径，左圆环面3a与辗轮1的第一环形凹槽1b对应设置，且左圆环面3a的宽度大于或等于第一环形凹槽1b的宽度，右圆环面3c与辗轮1的第二环形凹槽1c对应设置，且右圆环面3c的宽度大于或等于第二环形凹槽1c的宽度。

最好是，如图1，辗轮1上的第一环形凹槽1b和第二环形凹槽1c均倒圆角，如图2，辗轴2的工作圆柱体2b的右端倒圆角。

结合图4、图5所示，辗轮1和辗轴2的设置是依据汽车变速器齿套坯件的结构形式而定。辗轮1上的定位槽1a与辗轮1的内孔形成的T形圆台孔能使辗轮1稳固地安装在工作架4上，并能保证辗轮1在辗扩成型过程中不会发生窜动。在辗轴2的支撑圆柱体2c的下方有支撑架6对辗轴2起支撑作用，以保证辗轴2的正常转动。辗轴2左侧的圆锥体2a左端直径小于右端直径，在圆锥体2a的左端开有螺纹连接孔2d，螺纹连接孔2d与工作架4相连。辗轴2在汽车变速器齿套坯件5的左侧设置挡板7，保证汽车变速器齿套坯件5在辗扩成型过程中不发生轴向移动。

安装时，将辗轮1和辗轴2分别装在工作架4上，将汽车变速器齿套坯件5从辗轴2的右端套入辗轴2的工作圆柱体2b上，通过辗轮1上方的压力机(图中未示出)压下辗轮1。辗轮1为主动轴，辗轴2活接在工作架4上。辗轮1下移与汽车变速器齿套坯件5接触，辗轮1带动汽车变速器齿套坯件5和辗轴2随辗轮1一起转动，开始进行辗扩成型。辗轮1在不断辗压汽车变速器齿套坯件5的过程中继续下移，汽车变速器齿套坯件5的高度始终不变，汽车变速器齿套坯件5的厚壁逐渐减小，同时汽车变速器齿套坯件5的直径不断变大。汽车变速器齿套坯件5首先与设置在辗轴2侧下方的顶轮3接触，由顶轮3对汽车变速器齿套坯件5施加一定的推力。辗轮1、辗轴2和顶轮3的旋转方向如箭头所示，辗轮1、顶轮3分别与汽车变速器齿套坯件5啮合。当汽车变速器齿套坯件5与预先设置在辗轴2周围的信号轮8接触时，停止辗扩成型工序。

要加工如图9所示的汽车变速器齿套坯件，所采用的整个工艺流程如图6所示，主要包括以下步骤：

a)下料：依据成品齿套坯件的尺寸计算其净重量，在该净重量的基础上考虑火耗和冲孔连皮消耗，确定下料重量、圆钢直径和下料长度，将圆钢剪裁成所需长度的坯料；

b)加热：将剪好的坯料送入加热炉中加热至坯料锻造所需的正常温度；

c)镦粗：将加热至后的坯料送至墩粗模具9中，并用相应吨位的锻压设备中进行镦粗；如图7所示的镦粗模具9，由镦粗上模9a和镦粗下模1b两个件组成。镦粗上模1a为平板；镦粗下模1b也为平板，在平板的中心开有上大下小的锥形孔，锥形孔的设置是为了方便脱模。

d)预成型及冲盲孔：再将镦粗后的坯料放入锻压设备的预成型模具10中，冲压成带盲孔的预制坯料；如图8所示的预成型模具10，由冲头10a、压板10b、下模10c和退料冲10d四个件组成。冲头10a带有锥度角，当锥度角为0°时，冲头10a为圆柱体，当锥度角大于0°时，冲头10a为圆锥体。压板10b套装在冲头10a上。下模10c的中心开有上大下小的T形阶梯孔，退料冲10d为圆柱形，下模10c套装在退料冲10d上，下模10c带有脱模角；安装时，冲头10a及压板10b位于下模10c和退料冲10d上方，四者的轴心线重合。除带有连皮外，预成型的坯件形状与图9所示的最终的坯件形状大致相同，区别仅在于尺寸大小上。

e)冲连皮及压端面：在用锻压设备冲掉连皮的同时将坯料锻压成两端面满足辗扩要求的坯料；考虑金属材料的热膨胀系数，此道工序在压端面时将坯料锻压高度在坯件成品高度的基础上适当增加。

f)辗扩成型：经过上述几道工序，再将坯料装入辗扩成型模具中进行辗扩成型；

g)整形：将辗扩成型后的坯件用相应的整形模具在锻压设备上进行整形；

h)正火：将整形后的坯件放入正火炉中按正火工艺进行正火，消除金属变形应力；

i)抛丸：将正火后的坯件进行抛丸，消除坯件表面的氧化铁。

整个工艺流程属于锻压辗环加工的常用工艺流程，之所以能加工出汽车变速器齿套坯件，关键在于采用了本实用新型所述的辗扩成型模，从而最大限度地节约了能源，减少了后续机加工量，降低了材料消耗，延长了成品的使用寿命。

Claims (3)

1.一种汽车变速器齿套坯件的辗扩成型模，包括辗轮(1)、辗轴(2)和顶轮(3)，三者的轴线平行，所述辗轮(1)和辗轴(2)上下布置，顶轮(3)安装在于辗轴(2)的侧下方，其特征在于：

所述辗轮(1)为带有同轴内孔的环形件，在辗轮(1)的左端有一圆柱形的定位槽(1a)，该定位槽(1a)与辗轮(1)同轴且直径大于辗轮(1)的内孔直径，所述辗轮(1)的外圆环上设置有与辗轮(1)同轴的第一环形凹槽(1b)和第二环形凹槽(1c)，第一环形凹槽(1b)和第二环形凹槽(1c)将辗轮(1)的外圆环分割成第一圆环面(A)、第二圆环面(B)和第三圆环面(C)，所述第二圆环面(B)的直径小于第一圆环面(A)的直径，第一圆环面(A)的直径小于或等于第三圆环面(C)的直径，所述第一、第二环向凹槽(1b、1c)的底面均为水平面，第一环向凹槽(1b)的左侧通过一个脱模斜面与第一圆环面(A)相连，第一环向凹槽(1b)的右侧通过一个脱模斜面与第二圆环面(B)相连，第二环向凹槽(1c)的左侧通过斜面(D)与第二圆环面(B)相连，第二环向凹槽(1c)的右侧通过一个脱模斜面与第三圆环面(C)相连；

所述辗轴(2)由从左到右依次相连的圆锥体(2a)、工作圆柱体(2b)和支撑圆柱体(2c)组成，三者同轴设置，所述圆锥体(2a)左端直径小于右端直径，所述支撑圆柱体(2c)的直径小于或等于所述工作圆柱体(2b)的直径，所述圆锥体(2a)的左端开有螺纹连接孔(2d)； 

所述顶轮(3)为带有同轴内孔的环形件，顶轮(3)的外圆周包括左圆环面(3a)和右圆环面(3c)，左、右圆环面(3a、3c)通过斜面或竖直平面(3b)连接，所述左圆环面(3a)的直径大于右圆环面(3c)的直径，所述左圆环面(3a)与所述辗轮(1)的第一环形凹槽(1b)对应设置，且左圆环面(3a)的宽度大于或等于第一环形凹槽(1b)的宽度，所述右圆环面(3c)与所述辗轮(1)的第二环形凹槽(1c)对应设置，且右圆环面(3c)的宽度大于或等于第二环形凹槽(1c)的宽度。

2.按照权利要求1所述的汽车变速器齿套坯件的辗扩成型模，其特征在于：连接第二环向凹槽(1c)和第二圆环面(B)的所述斜面(D)由省料斜面(D1)和位于省料斜面(D1)上方的脱模斜面构成，所述省料斜面(D1)的倾斜角度大于与省料斜面(D1)相连的脱模斜面的倾斜角度。

3.按照权利要求1所述的汽车变速器齿套坯件的辗扩成型模，其特征在于：所述辗轮(1)上的第一环形凹槽(1b)和第二环形凹槽(1c)均倒圆角，辗轴(2)的工作圆柱体(2b)的右端倒圆角。 

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