專利名稱：汽車花鍵軸的亞熱控制精鍛工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車零件的精密鍛造工藝，具體是一種汽車花鍵軸的亞熱控制精鍛工藝。用于金屬塑性加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
精密鍛造是通過正擠壓、反擠壓、徑向擠壓、鐓粗、精壓等基本工序或其組合，來獲取凈成形或近似凈成形鍛件的方法。我國加工行業(yè)將在室溫進(jìn)行正擠壓、反擠壓、徑向擠壓稱作冷擠，將鐓粗加冷擠壓稱為冷鍛；將鋼材在室溫以上到850℃的擠壓、鐓粗加工稱為溫鍛。通常情況下所指的精密鍛造包括冷鍛和溫鍛，其變形溫度是在室溫或在室溫以上、材料的完全再結(jié)晶以下的溫度范圍內(nèi)。花鍵軸是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的重要零件，目前國內(nèi)大多采用熱模鍛制作頭部，而花鍵用機(jī)加工的方法生產(chǎn)。
經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，朱偉成著“汽車零件精密鍛造技術(shù)”(北京工業(yè)大學(xué)出版社1999)一書中(第七章第133頁)介紹，近年來，國外出現(xiàn)了多種成形工藝生產(chǎn)汽車花鍵軸零件，大致可歸納為多輥凹模正擠花鍵、整體凹模正擠花鍵、平板齒條搓擠花鍵、冷軋花鍵四種。汽車花鍵軸制造工藝的現(xiàn)有技術(shù)是熱鍛加冷擠，其工藝步驟是1下料；2毛坯加熱(≤1200℃)；3熱模鍛(1150℃)；4正火處理；5機(jī)加工花鍵或冷擠花鍵。由于汽車花鍵軸的生產(chǎn)采取熱鍛與冷擠相結(jié)合的工藝，因此存在著熱鍛變形能耗大，工件易產(chǎn)生過熱、過燒、氧化、脫碳現(xiàn)象，鍛件加工余量大，鍛件表面質(zhì)量和綜合機(jī)械性能不高，以及勞動(dòng)條件差等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種汽車花鍵軸的亞熱控制精鍛工藝。本發(fā)明變形溫度高于通常的溫鍛范圍，是在熱鍛溫度與溫鍛溫度之間成形的一種亞熱精鍛方法，并采用控制成形，因此，在變形過程中，當(dāng)產(chǎn)品外形尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，可獲得優(yōu)良的內(nèi)部組織及較高的綜合機(jī)械性能，簡化了工藝，節(jié)約了能源，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，包括下料、毛坯加熱兩大步驟，所述的毛坯加熱至980℃～1000℃后，進(jìn)行頭部和桿部的亞熱精鍛，然后利用余熱控制冷卻，最后冷擠花鍵。
所述的亞熱精鍛，其始鍛溫度為950℃～980℃，控制終鍛溫度為850℃～880℃。
所述的亞熱精鍛，是將其頭部和桿部一次擠壓成形，也可以分二次成形，即先擠壓桿部，再鐓擠頭部。
所述的亞熱精鍛，其頭部的總變形程度為55％～62％，桿部花鍵部分的總變形程度為50％～58％。
所述的控制冷卻可以是空冷，或者是水冷加空冷。
所述的冷擠花鍵的變形程度為16％～20％。
亞熱鍛造是在溫鍛溫度與熱鍛溫度之間成形的一種精鍛工藝。對(duì)鋼來講也就是在850℃～1000℃之間成形，由于是在比溫鍛較高的溫度范圍下變形，因此可以采用控制鍛造技術(shù)。傳統(tǒng)的冷鍛、溫鍛是通過鍛壓加工手段使被加工工件發(fā)生塑性變形，從而使其形狀和尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)要求，工件的使用性能則是通過塑性成形的后續(xù)工序來保證的。如上述花鍵軸鍛件，熱鍛后需要正火處理，不僅增加了能耗，而且在變形過程中產(chǎn)生的某些對(duì)改善工件性能極為有利的亞結(jié)構(gòu)，也在再加熱中遭到徹底的破壞，這對(duì)改善工件性能極為不利。控制鍛造技術(shù)是在變形過程中通過對(duì)塑性成形工藝參數(shù)的控制，在產(chǎn)品外形尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)要求的同時(shí)獲得優(yōu)良的內(nèi)部組織與性能，即在“控形”的同時(shí)“控性”。
在亞熱塑性變形過程中，材料發(fā)生了一系列的微觀組織演變，并直接決定了產(chǎn)品的綜合機(jī)械性能。為此，本發(fā)明研究了鋼在亞熱變形過程中的力學(xué)行為與動(dòng)態(tài)組織變化，以及亞熱精密成形工序之間、冷卻過程中發(fā)生的靜態(tài)再結(jié)晶特征，通過亞熱條件下的熱壓縮實(shí)驗(yàn)，測(cè)定了汽車花鍵軸用40Cr鋼在變形溫度為800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃，最大真應(yīng)變?yōu)?.7，應(yīng)變速率為0.1s-1，0.5s-1，5s-1，20s-1的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，并基于經(jīng)典模型用數(shù)學(xué)回歸的方法確定了40Cr鋼的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶/亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過程的顯微組織演化模型，通過控制亞熱變形參數(shù)來控制再結(jié)晶過程，從而使亞熱變形之后得到較細(xì)晶粒。本發(fā)明把通過熱模擬實(shí)驗(yàn)確定的微觀演化模型，引用有限元數(shù)值模擬軟件，對(duì)其工序進(jìn)行全過程模擬，確定了汽車花鍵軸亞熱精鍛的主要工藝參數(shù)始鍛溫度為950℃～980℃，控制終鍛溫度在850℃～880℃，變形程度為50％～62％。
本發(fā)明汽車花鍵軸的亞熱控制精鍛工藝，不僅材料變形阻力小、易成形，而且取消了單獨(dú)正火處理的工序，利用成形后的余熱控制冷卻，從而獲得優(yōu)良的內(nèi)部組織與較高的綜合機(jī)械性能，簡化了工藝，節(jié)約了能源，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。


圖1是一種汽車花鍵軸的零件結(jié)構(gòu)示意圖其中1為頭部，2為桿部，3為花鍵部位。
圖2是各種塑性變形溫度范圍的示意圖其中橫坐標(biāo)為溫度T(℃)，縱坐標(biāo)為應(yīng)力σ(MPa)，A是冷變形區(qū)，B是溫變形區(qū)，C是亞熱變形區(qū)，D是熱變形區(qū)。
圖3是本發(fā)明的工藝步驟框圖。
圖4是汽車花鍵軸采用亞熱鍛造后的金相圖(×100)。
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例，結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步的說明實(shí)施例1如圖1、圖3所示，一種汽車花鍵軸的亞熱控制精鍛工藝，其工藝步驟是1、下料，為了保證下料重量和材料表面沒有缺陷，可按常規(guī)方法對(duì)熱軋40Cr鋼棒料剝皮，用剪床或鋸床下料，對(duì)切下來的毛坯要去除毛刺。
2、毛坯加熱，可按常規(guī)方法用中頻加熱爐進(jìn)行加熱，為了防止脫碳、氧化，一般先將毛坯予熱到100～120℃，浸入水性石墨槽中，拿出后毛坯上會(huì)留下固態(tài)石墨，起保護(hù)鋼料不氧化和潤滑作用。依據(jù)“模擬實(shí)驗(yàn)”結(jié)果，毛坯加熱溫度為1000℃。
3、亞熱精鍛，根據(jù)設(shè)備能力，頭部1和桿部2分二次成形，即先擠壓桿部，再鐓擠頭部。其始鍛溫度為980℃，控制終鍛溫度為880℃。頭部1的總變形程度為62％，桿部2的花鍵部分3的總變形程度為58％。
4、亞熱精鍛后，可采用水冷5分鐘然后空冷的方式控制冷卻。
5、按常規(guī)方法冷擠花鍵3，變形程度為16％，為了保證擠壓精度，冷擠前應(yīng)磨削桿部。
實(shí)施例2如圖1、圖3所示，一種汽車花鍵軸的亞熱控制精鍛工藝，其工藝步驟是1、按常規(guī)方式下料。
2、按常規(guī)方式將毛坯予熱到100～120℃，然后加熱至980℃。
3、亞熱精鍛，根據(jù)設(shè)備能力，頭部1和桿部2一次成形。其始鍛溫度為950℃，控制終鍛溫度為850℃。頭部1的總變形程度為55％，桿部2的花鍵部分3的總變形程度為50％。
4、亞熱精鍛后，可采用強(qiáng)制鼓風(fēng)的空冷方式控制冷卻。
5、按常規(guī)方法冷擠花鍵3，變形程度為20％，為了保證擠壓精度，冷擠前應(yīng)磨削桿部。
實(shí)施例3如圖1、圖3所示，一種汽車花鍵軸的亞熱控制精鍛工藝，其工藝步驟是1、按常規(guī)方式下料。
2、按常規(guī)方式將毛坯予熱到100～120℃，然后加熱至950℃。
3、亞熱精鍛，根據(jù)設(shè)備能力，頭部1和桿部2一次成形。其始鍛溫度為930℃，控制終鍛溫度為860℃。頭部1的總變形程度為58％，桿部2的花鍵部分3的總變形程度為55％。
4、亞熱精鍛后，可采用強(qiáng)制鼓風(fēng)的空冷方式控制冷卻。
5、按常規(guī)方法冷擠花鍵3，變形程度為18％，為了保證擠壓精度，冷擠前應(yīng)磨削桿部。
由于利用成形后的余熱控制冷卻，上述實(shí)施例均獲得了優(yōu)良的內(nèi)部組織，經(jīng)檢驗(yàn)，亞熱擠壓后的金相組織達(dá)到美國ASTN E112標(biāo)準(zhǔn)的6級(jí)，如圖4所示。
硬度分布是花鍵軸鍛件的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，它影響使用壽命。經(jīng)測(cè)試，控制鍛造后獲得了較高的綜合機(jī)械性能，鍛件上各處的硬度值為HB 170～250。
權(quán)利要求
1.一種汽車花鍵軸的亞熱控制精鍛工藝，其特征在于，包括下料和毛坯加熱兩大步驟，所述的毛坯加熱至980℃～1000℃后，進(jìn)行頭部和桿部的亞熱精鍛，然后利用余熱控制冷卻，最后冷擠花鍵。
2.按照權(quán)利要求1所述的汽車花鍵軸的亞熱控制精鍛工藝，其特征是，所述的亞熱精鍛，其始鍛溫度為950℃～980℃，控制終鍛溫度為850℃～880℃。
3.按照權(quán)利要求1所述的汽車花鍵軸的亞熱控制精鍛工藝，其特征是，所述的亞熱精鍛，是將毛坯頭部和桿部一次擠壓成形，或者將毛坯頭部和桿部分二次成形，即先擠壓桿部，再鐓擠頭部。
4.按照權(quán)利要求3所述的汽車花鍵軸的亞熱控制精鍛工藝，其特征是，頭部變形程度為55％～62％，桿部花鍵部分變形程度為50％～58％。
5.按照權(quán)利要求1所述的汽車花鍵軸的亞熱控制精鍛工藝，其特征是，所述的控制冷卻是空冷，或者水冷加空冷。
6.按照權(quán)利要求1所述的汽車花鍵軸的亞熱控制精鍛工藝，其特征是，所述的冷擠花鍵變形程度為16％～20％。
全文摘要
一種汽車花鍵軸的亞熱控制精鍛工藝，用于金屬塑性加工領(lǐng)域。本發(fā)明工藝包括下料、毛坯加熱兩大步驟，所述的毛坯加熱至980℃～1000℃后，進(jìn)行頭部和桿部的亞熱精鍛，然后利用余熱控制冷卻，最后冷擠花鍵，亞熱精鍛是將毛坯頭部和桿部一次擠壓成形，或者將毛坯頭部和桿部分二次成形，即先擠壓桿部，再鐓擠頭部，亞熱精鍛始鍛溫度為950℃～980℃，控制終鍛溫度為850℃～880℃。本發(fā)明不僅材料變形阻力小、易成形，而且取消了單獨(dú)正火處理的工序，利用成形后的余熱控制冷卻，從而獲得優(yōu)良的內(nèi)部組織與較高的綜合機(jī)械性能，簡化了工藝，節(jié)約了能源，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
文檔編號(hào)B21K1/12GK1586764SQ20041005304
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月22日
發(fā)明者張質(zhì)良, 肖紅生, 楊慧, 張崢嶸, 李振紅 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué), 上海納鐵福傳動(dòng)軸有限公司