汽车变速箱中间齿轮轴毛坯三次楔入模具及其轧制方法

摘要

本发明公开了汽车变速箱中间齿轮轴毛坯三次楔入模具及其轧制方法，包括模具和轧制方法，其特征在于：所述的模具包括喂入坯料段、第一次楔楔入段、第二次楔楔入段、第三次楔楔入段和精整成型段，通过三次楔入轧制，使中心轴在每次收缩率不超过75%的前提下，总收缩率达到95.2%。使用该专用模具时，首先要割取定长轧件喂入坯料，在喂入坯料加热，然后喂入带有专用模具的上、下轧辊之间进行轧制成型。该汽车变速箱中间齿轮轴毛坯三次楔入模具及其轧制方法，工艺简单、加工成本低、成品率高、节省材料；由于采用了三次楔，所以大幅度的提高了复杂轴类件的收缩率，并保证了汽车变速箱中间齿轮轴的生产质量。

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种汽车变速箱中间齿轮轴生产方法的改进，特别是一种汽车变速箱中间齿轮轴毛坯三次楔入模具及其轧制方法。

背景技术

汽车变速箱中间齿轮轴是汽车变速箱的输入轴和输出轴之间的连接传动部件，其结构包括中心轴、中间第一大齿轮、中间第二大齿轮、左端小齿轮和右端小齿轮，其中：中间第一大齿轮的直径为160mm，厚度为30 mm；中间第二大齿轮的直径130mm，厚度30mm；左端小齿轮的直径为100mm，厚度为38mm；右端小齿轮的直径为80mm，厚度为20mm；中心轴的直径为35mm。中间第一大齿轮至中间第二大齿轮之间的中心轴长为40mm，左端小齿轮至中间第一大齿轮之间的中心轴长为36mm，中间第二大齿轮至右端小齿轮之间的中心轴长为27mm。由于汽车变速箱中间齿轮轴设有多个不同规格的齿轮，所以致使其结构复杂，加工比较困难。目前，对于汽车变速箱中间齿轮轴的生产大多通过精密铸造生产，或通过机床加工，工艺复杂、加工成本高、成品率低、耗材多。

楔横轧工艺已广泛用于发动机凸轮轴、油泵凸轮轴、汽车前后桥贯通轴等各种轴类件毛坯的生产，具有生产效率高、节材节能、生产成本低等优点。但对于楔横轧模具来说，它的一次楔入轧制断面收缩率要小于75%，如果超过75%，则很容易产生轧件不旋转、尺寸不易保证、中心疏松等缺陷。对于结构简单的断面收缩率要大于75%的轴类件，有采用二次楔轧制工艺的报导，如对汽车发动机气门毛坯的楔横轧制工艺，由于结构简单，可采用二次楔入，其一次轧制断面收缩率为57.8%，其二次轧制断面收缩率为57.2%，其总的轧制断面收缩率为81.9%，从而达到可在收缩率超过75%的情况下也能达到产品质量要求，但对于结构复杂的轴类件则很难完成。一汽解放变速箱1701212-14中间齿轮轴最大外圆直径R为160mm，中心轴直径r为35mm，按照1-（r²÷R²）的公式计算，其断面收缩率为95.2%，收缩率较大，且结构复杂，如果两次楔入轧制，两次总收缩率也仅大于75%，达不到收缩率为95.2%的要求，所以如果按传统的楔横轧设计方案制作，不能满足产品的技术要求和质量保证。所以，目前尚未见采用楔横轧工艺生产汽车变速箱中间齿轮轴的报导。   

发明内容

本发明的目的在于提供一种不仅能提高生产效率、节省材料、降低生产成本，而且对于结构复杂的轴类件也能大幅度提高轧制收缩率的汽车变速箱中间齿轮轴毛坯三次楔入模具。  

本发明的另一目的在于提供一种在汽车变速箱中间齿轮轴毛坯三次楔入模具的轧制方法。

为达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：该汽车变速箱中间齿轮轴毛坯三次楔入模具，包括上、下轧辊本体，其特征在于：所述的轧辊本体上的模具共分五段楔面：

第一段为喂入坯料段，其喂入坯料的长度为260 mm，喂入坯料的直径为160mm，在这一段，加热的喂入坯料要滚动平整放齐，以同步速度喂入专用上、下轧辊本体专用模具之间；

第二段为第一次楔楔入段，这一段中包括与中间第一大齿轮相对应的孔型槽，在与中间第一大齿轮相对应的孔型槽的右侧设有中间第一次楔，在与中间第一大齿轮对应的孔型槽的左侧设有左外延转平轧一次楔，中间第一楔的楔入成形角a₁对准与中间第一大齿轮相对应的孔型槽右侧20 mm的位置，也就是汽车变速箱中间齿轮轴毛坯中的中间第一大齿轮和中间第二大齿轮之间的位置，通过中间第一次楔的楔入成形角a₁对中间第一大齿轮右侧中心轴的轧制，使其逐步向右外延、收缩，使直径由160mm收缩为80mm，收缩率为75%；通过左外延转平轧一次楔的楔入轧制使与中间第一大齿轮相对应的孔型槽左侧的中心轴的直径由160mm收缩为100 mm，收缩率为60.9%；与中间第一大齿轮相对应的孔型槽的槽宽为30mm；

第三段为第二次楔楔入段，包括与中间第一大齿轮相对应的孔型槽、与中间第二大齿轮相对应的孔型槽、与左端小齿轮相对应的孔型槽和与右端小齿轮相对应的孔型槽；与中间第二大齿轮相对应的孔型槽的槽宽为30mm；与左端小齿轮相对应的孔型槽的槽宽为38 mm；与右端小齿轮相对应的孔型槽的槽宽为20 mm；与左端小齿轮相对应的孔型至与中间第一大齿轮相对应的孔型槽之间的距离为36mm，与中间第一大齿轮相对应的孔型槽至与中间第二大齿轮相对应的孔型槽之间的距离为40mm，与中间第二大齿轮相对应的孔型槽至与右端小齿轮相对应的孔型槽之间的距离为27mm；在与中间第一大齿轮相对应的孔型槽至与中间第二大齿轮相对应的孔型槽的中间设有中间第二次楔，中间第二次楔的楔入成形角ɑ₂与中间第一次楔的楔入成形角a₁在一条直线上，通过对汽车变速箱中间齿轮轴的中间第一大齿轮和中间第二大齿轮之间的中心轴进行第二次楔的滚压、外延轧制，使其直径由80mm收缩为50mm，收缩率为60.9%，使中间第一大齿轮和中间第二大齿轮之间的中心轴的长度延长至40mm；在与中间第一大齿轮相对应的孔型槽的左侧依次设有左外延转平轧二次楔和与左端小齿轮相对应的孔型槽、左端轴一次外延轧制楔，通过左外延转平轧二次楔的轧制，使中间第一大齿轮至左端小齿轮之间的中心轴由100mm收缩为55mm，收缩率为67.5%，延长至36mm；在与中间第二大齿轮相对应的孔型槽右侧依次设有右外延转平轧二次楔、与右端小齿轮相对应的孔型槽和右端轴一次外延轧制楔，通过右外延转平轧二次楔的轧制，使中间第二大齿轮至右端小齿轮之间的中心轴由80mm收缩为45mm，收缩率为68.4%，延长至27 mm；其左外延转平轧二次楔和右外延转平轧二次楔的楔入成形角a₃分别对准与中间第一大齿轮相对应的孔型槽的外侧和与中间第二大齿轮相对应的孔型槽外侧的边沿位置；与此同时，在与左端小齿轮相对应的孔型槽的外侧的左端轴一次外延轧制楔也开始轧制，通过左端轴一次外延轧制楔的轧制，使左端小齿轮的外端轴直径由100 mm收缩为55mm，并呈直角；在与右端小齿轮相对应的孔型槽的外侧的右端轴一次外延轧制楔也开始轧制，通过右端轴一次外延轧制楔的轧制，使右端小齿轮的外端轴直径由80 mm收缩为50mm，并呈直角；

第四段为第三次楔楔入段，包括与中间第一大齿轮相对应的孔型槽、与中间第二大齿轮相对应的孔型槽、与左端小齿轮相对应的孔型槽和与右端小齿轮相对应的孔型槽；在与中间第一大齿轮相对应的孔型槽至与中间第二大齿轮相对应的孔型槽的中间设有中间第三次楔，中间第三次楔的楔入成形角ɑ₄与中间第一次楔3的楔入成形角a₁在一条直线上，通过对汽车变速箱中间齿轮轴的中间第一大齿轮和中间第二大齿轮之间的中心轴进行第三次楔的滚压轧制，使其直径由50mm，收缩为35mm，收缩率为51%，至此，使总收缩率为95.2%，并形成了直角；在与中间第一大齿轮相对应的孔型槽至与左端小齿轮相对应的孔型槽之间设有左外延转平轧三次楔，通过左外延转平轧三次楔的轧制，使中间第一大齿轮和左端小齿轮之间的中心轴的直径由55mm收缩为35mm，收缩率为55%，总收缩率为95.2%，长度延长至36mm，并形成了直角；在与中间第二大齿轮相对应的孔型槽至与右端小齿轮相对应的孔型槽之间设有右外延转平轧三次楔，通过右外延转平轧三次楔的轧制，使中间第二大齿轮至右端小齿轮之间的中心轴的直径由45收缩为35mm，收缩率为65%，长度延长至27mm，并形成了直角；在与左端小齿轮相对应的孔型槽的外侧设有左端轴二次外延轧制楔，通过左端轴二次外延轧制楔的轧制，使左端小齿轮的外端轴直径由55 mm收缩为35mm，并呈直角；在与右端小齿轮相对应的孔型槽的外侧设有右端轴二次外延轧制楔，通过右端轴二次外延轧制楔的轧制，使右端小齿轮的外端轴直径由50 mm收缩为35mm，并呈直角；

第五段为精整成型段，包括与中间第一大齿轮相对应的孔型槽、与中间第二大齿轮相对应的孔型槽、与左端小齿轮相对应的孔型槽和与右端小齿轮相对应的孔型槽；在与左端小齿轮相对应的孔型槽的外侧、在与左端小齿轮相对应的孔型槽至与中间第一大齿轮相对应的孔型槽之间、在与中间第一大齿轮相对应的孔型槽至与中间第二大齿轮相对应的孔型槽之间、在与中间第二大齿轮相对应的孔型槽至与右端小齿轮相对应的孔型槽之间和与右端小齿轮相对应的孔型槽的外侧均为平轧楔。

本发明还通过如下措施实施：所述的第一段中喂入坯料位置设有喂入坯料定位槽，以保证轧件迅速的准确定位喂入；

所述的左外延转平轧一次楔、左外延转平轧二次楔、右外延转平轧二次楔、左外延转平轧三次楔、右外延转平轧三次楔、左端轴二次外延转平轧制楔和右端轴二次外延转平轧制楔，均分为两段，前端为直角楔入成形角，后段为平轧段，达到了切成直角边外延轴向延长，后转为径向收缩；所述的中间第一次楔也分为两段，前段为楔入外延段，后端为平轧段；

所述的中间第一次楔的楔入成形角a₁为10度，展开角b₁为30度；所述的中间第二次楔的楔入成形角ɑ₂为12度，展开角b₂为35度；所述的左外延转平轧二次楔和右外延转平轧二次楔的楔入成形角a₃为12度；所述的中间第三次楔的楔入成形角ɑ₄为14度，展开角b₃为38度。

汽车变速箱中间齿轮轴毛坯三次楔入模具的轧制方法，其特征在于包括以下步骤完成：

（1）、制造汽车变速箱中间齿轮轴毛坯三次楔入模具；

（2）割取定长轧件喂入坯料，采用直径为160mm的金属棒料，割取长度的重量与要加工的汽车变速箱中间齿轮轴的重量相同，或略大，在本发明中，确定长度为260mm，锯断，作为喂入坯料；

（3）、将割取的喂入坯料放入中频感应电炉内进行加热，加热温度控制在1030℃-1070℃；

（4）、将加热好的喂入坯料通过传送装置自动送入楔横轧机的上、下轧辊汽车变速箱中间齿轮轴毛坯三次楔入模具之间的喂入坯料定位槽内，上、下轧辊汽车变速箱中间齿轮轴毛坯三次楔入模具作同向旋转，带动喂入坯料旋转，开始是对喂入坯料按轧辊上的汽车变速箱中间齿轮轴毛坯三次楔入专用模具进行三次楔滚压、外延，喂入坯料在专用轧辊模具旋转一周的过程中逐渐成型，成型的坯件自动滚出；

（5）、对产品进行质检。

本发明的有益效果在于：与目前采用精密铸造生产或通过机床加工生产汽车变速箱中间齿轮轴的方法相比，工艺简单、加工成本低、成品率高、节省材料。与目前的楔横轧二次楔生产工艺相比，由于采用了三次楔，所以大幅度的提高了复杂轴类件的收缩率，并保证了汽车变速箱中间齿轮轴的生产质量。

附图说明

图1为本发明的一个如图9实施例的专用模具的主视示意图。

图2为本发明如图1实施例的模具的展开俯视示意图。

图3为本发明沿图2的A-A断面剖视示意图。

图4为本发明沿图2的B-B断面剖视示意图。

图5为本发明沿图2的C-C断面剖视示意图。

图6为本发明沿图2的D-D断面剖视示意图。

图7为本发明沿图2的E-E断面剖视示意图。

图8为本发明沿图2的F-F剖视示意图。

图9为本发明一个实施例所要加工的汽车变速箱中间齿轮轴的俯视示意图。

图中：1、轧辊本体；2、与中间第一大齿轮相对应的孔型槽；3、中间第一次楔；4、左外延转平轧一次楔；5、与中间第二大齿轮相对应的孔型槽；6、与左端小齿轮相对应的孔型槽；7、与右端小齿轮相对应的孔型槽；8、中间第二次楔；9、左外延转平轧二次楔；10、左端轴一次外延轧制楔；11、右外延转平轧二次楔；12、右端轴一次外延轧制楔；13、中间第三次楔；14、右外延转平轧三次楔；15、右端轴二次外延转平轧制楔；16、左端轴二次外延轧制楔；17、平轧楔；18、左外延转平轧三次楔；19、喂入坯料定位槽。

具体实施方式

实施例

按照图1、2、3、4、5、6、7、8、9说明一个实施例的楔横轧制的全过程。该实施例是加工一个如图9所示的回转轴类件。该汽车变速箱中间齿轮轴毛坯三次楔入模具，包括上、下轧辊本体1，其特征在于：所述的轧辊本体1上的模具共分五段楔面：

第一段为喂入坯料段，其喂入坯料的长度为260 mm，喂入坯料的直径为160mm，在这一段，加热的喂入坯料要滚动平整放齐，以同步速度喂入专用上、下轧辊本体1专用模具之间；

第二段为第一次楔楔入段，这一段中包括与中间第一大齿轮相对应的孔型槽2，在与中间第一大齿轮相对应的孔型槽2的右侧设有中间第一次楔3，在与中间第一大齿轮对应的孔型槽2的左侧设有左外延转平轧一次楔4，中间第一楔3的楔入成形角a₁对准与中间第一大齿轮相对应的孔型槽2右侧20 mm的位置，也就是汽车变速箱中间齿轮轴毛坯中的中间第一大齿轮和中间第二大齿轮之间的位置，通过中间第一次楔3的楔入成形角a₁对中间第一大齿轮右侧中心轴的轧制，使其逐步向右外延、收缩，使直径由160mm收缩为80mm，达到与右端小齿轮直径一致的要求，收缩率为75%；通过左外延转平轧一次楔4的楔入轧制使与中间第一大齿轮相对应的孔型槽2左侧的中心轴的直径由160mm收缩为100 mm，达到与左端小齿轮直径一致的要求，收缩率为60.9%；与中间第一大齿轮相对应的孔型槽2的槽宽为30mm，由于中间第一次楔3和左外延转平轧一次楔4的高度逐步增高，所以与中间第一大齿轮相对应的孔型槽2的槽深也逐步加深；

第三段为第二次楔楔入段，包括与中间第一大齿轮相对应的孔型槽2、与中间第二大齿轮相对应的孔型槽5、与左端小齿轮相对应的孔型槽6和与右端小齿轮相对应的孔型槽7；与中间第二大齿轮相对应的孔型槽5的槽宽为30mm；与左端小齿轮相对应的孔型槽6的槽宽为38 mm；与右端小齿轮相对应的孔型槽7的槽宽为20 mm，其槽深均为逐步加深；与左端小齿轮相对应的孔型槽6至与中间第一大齿轮相对应的孔型槽2之间的距离为36mm，与中间第一大齿轮相对应的孔型槽2至与中间第二大齿轮相对应的孔型槽5之间的距离为40mm，与中间第二大齿轮相对应的孔型槽5至与右端小齿轮相对应的孔型槽7之间的距离为27mm，均与要加工的产品要求尺寸一致；在与中间第一大齿轮相对应的孔型槽2至与中间第二大齿轮相对应的孔型槽5的中间设有中间第二次楔8，中间第二次楔8的楔入成形角ɑ₂与中间第一次楔3的楔入成形角a₁在一条直线上，仍然对准汽车变速箱中间齿轮轴的中间第一大齿轮和中间第二大齿轮之间的位置，通过对汽车变速箱中间齿轮轴的中间第一大齿轮和中间第二大齿轮之间的中心轴进行第二次楔的滚压、外延轧制，使其直径由80mm收缩为50mm，收缩率为60.9%，使中间第一大齿轮和中间第二大齿轮之间的中心轴的长度延长至40mm；在与中间第一大齿轮相对应的孔型槽2的左侧依次设有左外延转平轧二次楔9和与左端小齿轮相对应的孔型槽6、左端轴一次外延轧制楔10，通过左外延转平轧二次楔9的轧制，使中间第一大齿轮至左端小齿轮之间的中心轴由100mm收缩为55mm，收缩率为67.5%，延长至36mm；在与中间第二大齿轮相对应的孔型槽5右侧依次设有右外延转平轧二次楔11、与右端小齿轮相对应的孔型槽7和右端轴一次外延轧制楔12，通过右外延转平轧二次楔11的轧制，使中间第二大齿轮至右端小齿轮之间的中心轴由80mm收缩为45mm，收缩率为68.4%，延长至27 mm；其左外延转平轧二次楔9和右外延转平轧二次楔11的楔入成形角a₃分别对准与中间第一大齿轮相对应的孔型槽2的外侧和与中间第二大齿轮相对应的孔型槽5外侧的边沿位置；与此同时，在与左端小齿轮相对应的孔型槽6的外侧的左端轴一次外延轧制楔10也开始轧制，通过左端轴一次外延轧制楔10的轧制，使左端小齿轮的外端轴直径由100 mm收缩为55mm，并呈直角；在与右端小齿轮相对应的孔型槽7的外侧的右端轴一次外延轧制楔12也开始轧制，通过右端轴一次外延轧制楔12的轧制，使右端小齿轮的外端轴直径由80 mm收缩为50mm，并呈直角；

第四段为第三次楔楔入段，包括与中间第一大齿轮相对应的孔型槽2、与中间第二大齿轮相对应的孔型槽5、与左端小齿轮相对应的孔型槽6和与右端小齿轮相对应的孔型槽7；在与中间第一大齿轮相对应的孔型槽2至与中间第二大齿轮相对应的孔型槽5的中间设有中间第三次楔13，中间第三次楔13的楔入成形角ɑ₄与中间第一次楔3的楔入成形角a₁在一条直线上，仍然对准汽车变速箱中间齿轮轴的中间第一大齿轮和中间第二大齿轮之间的位置，通过对汽车变速箱中间齿轮轴的中间第一大齿轮和中间第二大齿轮之间的中心轴进行第三次楔的滚压轧制，使其直径由50mm，收缩为35mm，收缩率为51%，至此，使总收缩率为95.2%，并形成了直角，达到了标准要求；在与中间第一大齿轮相对应的孔型槽2至与左端小齿轮相对应的孔型槽6之间设有左外延转平轧三次楔18，通过左外延转平轧三次楔18的轧制，使中间第一大齿轮和左端小齿轮之间的中心轴的直径由55mm收缩为35mm，收缩率为55%，总收缩率为95.2%，长度延长至36mm，并形成了直角，达到了标准要求；在与中间第二大齿轮相对应的孔型槽5至与右端小齿轮相对应的孔型槽7之间设有右外延转平轧三次楔14，通过右外延转平轧三次楔14的轧制，使中间第二大齿轮至右端小齿轮之间的中心轴的直径由45收缩为35mm，收缩率为65%，长度延长至27mm，并形成了直角，达到了标准要求；在与左端小齿轮相对应的孔型槽6的外侧设有左端轴二次外延轧制楔16，通过左端轴二次外延轧制楔16的轧制，使左端小齿轮的外端轴直径由55 mm收缩为35mm，并呈直角，达到标准要求；在与右端小齿轮相对应的孔型槽7的外侧设有右端轴二次外延轧制楔15，通过右端轴二次外延轧制楔15的轧制，使右端小齿轮的外端轴直径由50 mm收缩为35mm，并呈直角，达到标准要求；在此段完成后，与中间第一大齿轮相对应的孔型槽2的槽深达到了62.5mm，致使轧制出的中间第一大齿轮的直径为：62.5mm×2＋35 mm＝160 mm，厚度为30mm，符合产品要求；同理，与中间第二大齿轮相对应的孔型槽5、与左端小齿轮相对应的孔型槽6和与右端小齿轮相对应的孔型槽7的槽深和槽宽均达到了标准尺寸，致使轧制出的中间第二大齿轮的直径和厚度、轧制出的左端小齿轮和与右端小齿轮的直径和厚度均达到了产品要求；此时，中间第一大齿轮、中间第二大齿轮、左端小齿轮和右端小齿轮的直径和厚度已经定型；

第五段为精整成型段，包括与中间第一大齿轮相对应的孔型槽2、与中间第二大齿轮相对应的孔型槽5、与左端小齿轮相对应的孔型槽6和与右端小齿轮相对应的孔型槽7；在与左端小齿轮相对应的孔型槽6的外侧、在与左端小齿轮相对应的孔型槽6至与中间第一大齿轮相对应的孔型槽2之间、在与中间第一大齿轮相对应的孔型槽2至与中间第二大齿轮相对应的孔型槽5之间、在与中间第二大齿轮相对应的孔型槽5至与右端小齿轮相对应的孔型槽7之间和与右端小齿轮相对应的孔型槽7的外侧均为平轧楔17；在这一段中，通过平轧楔17的轧制，对成型的坯件表面进行平整，最后输出。

作为本发明的改进：所述的第一段中喂入坯料位置设有喂入坯料定位槽19，以保证轧件迅速的准确定位喂入；

所述的左外延转平轧一次楔4、左外延转平轧二次楔9、右外延转平轧二次楔11、左外延转平轧三次楔18、右外延转平轧三次楔14、左端轴二次外延转平轧制楔16和右端轴二次外延转平轧制楔15，均分为两段，前端为直角楔入成形角，后段为平轧段，达到了切成直角边外延轴向延长，后转为径向收缩；所述的中间第一次楔3也分为两段，前段为楔入外延段，后端为平轧段；

所述的中间第一次楔3的楔入成形角a₁为10度，展开角b₁为30度；所述的中间第二次楔8的楔入成形角ɑ₂为12度，展开角b₂为35度；所述的左外延转平轧二次楔9和右外延转平轧二次楔11的楔入成形角a₃为12度；所述的中间第三次楔13的楔入成形角ɑ₄为14度，展开角b₃为38度。

汽车变速箱中间齿轮轴毛坯三次楔入模具的轧制方法，其特征在于包括以下步骤完成：

（1）、制造汽车变速箱中间齿轮轴毛坯三次楔入模具；

（2）割取定长轧件喂入坯料，采用直径为160mm的金属棒料，割取长度的重量与要加工的汽车变速箱中间齿轮轴的重量相同，或略大，在本发明中，确定长度为260mm，锯断，作为喂入坯料；

（3）、将割取的喂入坯料放入中频感应电炉内进行加热，加热温度控制在1030℃-1070℃；

（4）、将加热好的喂入坯料通过传送装置自动送入楔横轧机的上、下轧辊模具之间的喂入坯料定位槽19内，上、下轧辊模具作同向旋转，带动喂入坯料旋转，开始是对喂入坯料按轧辊上的模具进行三次楔滚压、外延，喂入坯料在专用轧辊模具旋转一周的过程中逐渐成型，成型的坯件自动滚出；

（5）、对产品进行质检：在本公司内，与2011年10月至12月共轧制100件，经过抗压、耐磨试验，与现有的汽车变速箱中间齿轮轴相比，合格率达到了98%，而且明显的节材、省工。