双中间轴对称楔横轧制工艺及模具设计

魏光禄，魏光玉，安 升

（1.莱芜市汇峰轴齿有限公司，山东 莱芜 271103；2.济南瑞力得数控机械工程有限公司，山东 济南 250118）

1 中间轴楔横轧成形工艺分析

1701212-Q7中间齿轮轴（图1），因包含多个不同规格的齿轮，使其结构复杂，加工困难。目前其生产大多通过精密锻造或机床加工，工艺复杂，加工成本高，成品率低，耗材多。采用楔横轧工艺对称轧制双中间轴，则解决了以上难题。

图1 汽车变速器中间轴零件图

中间轴是一种汽车变速器传动配件，由轴及其固定在轴上的齿轮构成，轴的长度、直径以及轴上的齿轮数量和直径根据不同的变速器而设定。由于中间轴大多具有台阶多、形状复杂的特点，所以成形难度较大，特别是1701212-Q7中间轴，轴上有4个齿轮，从左至右由大到小依次排列，左边第一个大齿轮直径ø170mm，厚度26mm；第二个大齿轮直径ø170 mm，厚度25mm；第三个中齿轮直径ø150mm，厚度23mm；右端小齿轮直径ø95mm，厚度20mm；第一大齿轮外侧细轴径ø40mm；第一、二大齿轮之间细轴径ø45mm；第二大齿轮至中齿轮间轴径ø55mm，中齿轮至小齿轮间细轴径ø50mm。

显然，由于齿轮大小、厚度不一，间隔轴径不一，导致成形困难。目前中间轴生产方法通常为通过摩擦压力机锻造，设备复杂，劳动效率低，模具易损坏、材料利用率低，生产成本高。楔横轧工艺尽管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轴类件毛坯的生产，但用于1701212-Q7中间轴的生产，因1701212-Q7中间轴的大齿轮直径较大、轴径较细，两次楔入轧制多余的料展不出去，致使细轴径处成形困难：料少则轴径充不满，料多就出现胀料，轴径处产生严重折叠、贴皮。因此，若采用楔横轧方法生产，1701212-Q7中间轴的模具设计、制作难度较大，五处细轴径需封闭式轧制。

2 双轴同轧工艺与模具设计

针对以上问题，对汽车变速器中间轴的楔横轧工艺进行了研究，创造性提出一模两件的对称轧制工艺，目的在于提供一种工艺简单、能提高生产效率、节省材料、降低成本、降低能耗、提高质量、适用于重型汽车变速器的双中间轴对称楔横轧轧制工艺。

为了达到以上目的，本轧制方法采用技术方案如下：该双中间轴对称楔横轧制模具，包括轧辊本体，轧辊本体设上、下两个，具有两个1701212-Q7中间轴成形模具，以连体轴起楔角α1为对称，与两个1701212-Q7中间轴大齿轮端相对应的连体轴起楔角α1处在模具的中心位置，其特征在于：α1处在连体轴轧制楔的起始端，从连体轴轧制楔向左依次为左第一大齿轮轧制槽、左第一、二大齿轮间轴轧制楔、左第二大齿轮轧制槽、左第二大齿轮至左中齿轮间轴轧制楔、左中齿轮轧制槽、左中齿轮至左小齿轮间轴轧制楔、左小齿轮轧制楔槽和左端轴轧制楔；从连体轴轧制楔向右依次为右第一大齿轮轧制槽、右第一、二大齿轮间轴轧制楔、右第二大齿轮轧制槽、右第二大齿轮至右中齿轮间轴轧制楔、右中齿轮轧制槽、右中齿轮至右小齿轮间轴轧制楔、右小齿轮轧制槽和右端轴轧制楔；所述连体轴轧制楔分三段，从连体轴起楔角α1至二次楔角α2为第一段，通过连体轴起楔角α1使棒料对称分为左、右两段，两段间轧制为直径ø85mm，收缩率达到75%，宽度达到标准要求；从二次楔角α2至平轧精轧为第二段，通过二次楔角α2对连体轴继续轧制，最终楔入深度为65mm，使轧制直径为40mm，第三段为平轧精轧直至出产品；所述左第一、二大齿轮的间轴轧制楔也分为三段，其起楔外展角α3离连体轴起楔角α1的距离为100mm～110mm，也设二次起楔外展角α4，最后通过平轧精轧，楔入宽度达到标准要求，楔入最终深度为62.5mm，最终使轴轧制为45mm；右第一、二大齿轮的间轴轧制楔与左第一、二大齿轮的间轴轧制楔相同；所述左第二大齿轮至左中齿轮间轴轧制楔也分三段，其起楔外展角α5离连体轴起楔角α1的距离为280mm～320mm，通过第一段轧制使左第二大齿轮轧制槽的左侧端轴直径达到左中齿轮直径ø150mm的要求，然后经过二次起楔外展角α6进入第二段轧制，楔入宽度达到标准要求，楔入最终深度为47.5mm；右第二大齿轮至右中齿轮间轴轧制楔与左第二大齿轮至左中齿轮间轴轧制楔相同；所述左中齿轮至左小齿轮间轴轧制楔也分三段，其起楔外展角α7离连体轴起楔角α1的距离为440mm～520mm，楔入宽度达到标准要求，在第一段中先使左中齿轮轧制槽的左侧轴直径轧制为ø95mm，与左小齿轮直径一致，再进入第二段楔，楔入最终深度为50mm，使轴的直径为ø50mm；右中齿轮至右小齿轮间轴轧制楔与左中齿轮至左小齿轮间轴轧制楔相同；所述左端轴轧制楔的起楔外展角α8离连体轴起楔角α1的距离为 550mm～600mm，楔入宽度达到标准要求，楔入最终深度为22.5mm，使端轴的直径为 ø50mm；右端轴轧制楔与左端轴轧制楔相同。通过低倍组织检测、抗拉强度试验、超声波探伤，尺寸检测和外观检测，产品质量完全达到客户产品质量要求。

图2 汽车变速器中间轴中间轴楔横轧成形模具图

3 结论

采用对称轧制楔横轧成形方法加工汽车变速器中间轴的工艺方法，与传统成形方法比，工艺简单、加工成本低、成品率高、节省材料。由于一次能加工两个，可大幅提高劳动效率，降低生产成本。由于在轧制过程中采用了轴向外展、分段楔入，对齿轮槽空间采用定量挤压，避免了料少充不满、料多胀料折叠等缺陷，保证了产品质量，提高了使用寿命。

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