变速箱换挡拨叉及其成型工艺
阅读说明：本技术 变速箱换挡拨叉及其成型工艺 (Gearbox shifting fork and forming process thereof ) 是由 张斌 于 2021-08-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了变速箱换挡拨叉及其成型工艺,换挡拨叉包括拨叉本体和滑动元件,叉臂环抱呈弧状,叉臂朝环抱内侧具有压铸而成的脊状凸起,叉臂相远离的末端具有与换挡轴套接触的滑块,滑块通过脊状凸起相连并处于同一圆弧上,滑块与脊状凸起连接处由截面差而具有台阶面,滑块在垂直于叉臂长度方向上的截面大于且全覆盖脊状凸起,滑动元件于压铸同时贴合包覆于与滑块、脊状凸起外部。本发明同时从拨叉本体和滑动元件的结构设计及成型工艺的角度出发,对两者进行结合性的优化,不仅可以在成型的同时将拨叉本体和滑动元件包覆性连接,通过工艺及结构提高两者的连接强度,同时还能保证拨叉本体成型后的锻造流线的连续性,保障其机械性能。(The invention discloses a gear shifting fork of a gearbox and a forming process thereof, wherein the gear shifting fork comprises a fork body and a sliding element, a fork arm is encircled into an arc shape, a die-cast ridge-shaped bulge is arranged on the inner side of the encircling fork arm, a sliding block which is contacted with a gear shifting shaft sleeve is arranged at the tail end far away from the fork arm, the sliding block is connected through the ridge-shaped bulge and is positioned on the same arc, the joint of the sliding block and the ridge-shaped bulge is provided with a step surface due to the difference of cross sections, the cross section of the sliding block in the direction vertical to the length direction of the fork arm is larger than and completely covers the ridge-shaped bulge, and the sliding element is attached to and coated outside the sliding block and the ridge-shaped bulge during die casting. The invention simultaneously optimizes the combinability of the shifting fork body and the sliding element from the aspects of structural design and forming process of the shifting fork body and the sliding element, so that the shifting fork body and the sliding element can be connected in a covering manner during forming, the connection strength of the shifting fork body and the sliding element is improved through the process and the structure, the continuity of a forging flow line after the shifting fork body is formed can be ensured, and the mechanical performance of the shifting fork body is guaranteed.)
技术领域
本发明属于变速箱技术领域，特别涉及变速箱换挡拨叉及其成型工艺。
背景技术
拨叉是汽车变速箱上的部件，与变速手柄相连，位于手柄下端，拨动中间变速轮，使输入/输出转速比改变。拨叉主要用于离合器换档。
拨叉在制造时通常需要满足几个要求，其一是硬度要求，即拨叉在工作时与变速轮接触的部分硬度不能明显大于变速轮，否则会划伤变速箱内的传动部件；其二是耐磨性要求，由于拨叉需要拨动变速轮完成换挡，需要保证在接触高速转动的变速轮时不被严重磨损；其三是刚性要求，拨叉在拨动变速轮的时候回收到沿拨叉轴方向的力矩，拨叉需要足够的强度来抵抗该方向上的力矩对其的变形影响，避免拨动形成缩短，影响换挡。
对于拨叉的材料、结构、成型工艺，国内外都有进行不同方面的探索和研究。
申请号为201180033691.X的拨叉及其制造方法中公开了叉状主体以及一体式的单独制造的滑动元件，叉状主体与滑动元件分别采用符合要求的材料来制造，滑动元件与抗扭的结构性机构相结合。
申请号为200880110209.6的具有滑块的拨叉和用于制造这种拨叉的方法公开了具有叉形构成的基体和至少一个滑块，基体具有至少一个用于每个滑块的固定件并且至少一个滑块各自具有一个互补件，以提供至少一个滑块垂直于反拉伸方向的固定。
申请号为201680060642.8的用于机动车变速器的换挡拨叉公开了具有叉形构成的基本体，其中基本体由热固性塑料构成。该申请使用材料替代的方式，来降低换挡拨叉的重量同时使其具有类似于钢的热膨胀系数，使其足以应用于换挡拨叉。
申请号为201610322804.2的一种汽车变速器及其换挡拨叉公开了相互连接的拨叉本体、拨叉轴及拨叉轴连接的加强部，强部设有与拨叉轴外周配合的弧形凹槽，弧形凹槽沿垂直于拨叉轴轴线的方向延伸，加强部与拨叉轴在弧形凹槽处焊接，且二者之间的焊缝垂直于拨叉轴的轴线。
上述的现有技术从不同方向对拨叉进行研究，其中焊接成型方式尽管能提高连接强度，但是一旦出现虚焊、脱焊或使用中焊点损坏等问题，对整个变速箱将是毁灭性。而利用热固性塑料来制作换挡拨叉，则需要考虑更多的因素，除了热膨胀系数外，还有热固性塑料的耐磨性、强度等问题都需要进一步研究优化。对于通过结构拆分的结构性改进的方法，确实可以达到物尽其用，即叉状主体主要提供抵抗力矩的强度性能，滑动元件则主要提供耐磨性、硬度等要求，不仅有利于提高单个部件的有益性能，同时还能降低维修成本。根据对现有技术的检索，尽管现有技术提供了这种结构性的理论基础，但是叉状主体与滑动元件在设计的过程中相对独立，且是通过力配合、形状卡合、限位等方式将滑动元件安装在叉状主体上，叉状主体与滑动元件的结合存在一定的松动、脱落风险，且这种连接方式多会截断拨叉的锻造流线，影响其机械性能。
发明内容
本发明针对上述现有技术的存在的问题，提供变速箱换挡拨叉及其成型工艺。
本发明旨在于优化叉状主体与滑动元件的结构及连接关系，并结合对叉状主体的成型工艺的优化，提高拨叉的耐用性。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
变速箱换挡拨叉，包括拨叉本体和滑动元件，该拨叉本体具有叉状的用于引导挂挡轴套的换挡钳口的叉臂，叉臂环抱呈弧状，叉臂朝环抱内侧具有压铸而成的脊状凸起，叉臂相远离的末端具有与换挡轴套接触的滑块，滑块通过脊状凸起相连并处于同一圆弧上，滑块与脊状凸起连接处由截面差而具有台阶面，滑块在垂直于叉臂长度方向上的截面大于且全覆盖脊状凸起，滑动元件于压铸同时贴合包覆于与滑块、脊状凸起外部。
本发明还提供了变速箱换挡拨叉的成型工艺，该成型工艺用于成型如上述变速箱换挡拨叉，依次包括如下步骤：
步骤一、取金属棒料制坯，使制得的锻造坯具有四边形截面及用于成型拨叉轴套的成型部，该四边形截面为锻造坯垂直于其长度方向上的截面，成型部位于锻造坯的长度方向上的中部；
步骤二、使锻造坯上形成沿长度方向延伸的脊状凸起得预锻件，该脊状凸起由双侧锻压形成，且脊状凸起设置于成型部的相对侧；
步骤三、使预锻件以成型部为起始点，部分叉臂沿其延伸方向背离成型部延伸弯曲得预弯件；
步骤四、使预弯件未弯曲的部分叉臂沿其延伸方向背离成型部延伸弯曲得拨叉本体，叉臂环抱于同一圆弧上，且脊状凸起受锻压在叉臂相远离的末端形成滑块，同时滑动元件于压铸同时贴合包覆于与滑块、脊状凸起外部。
进一步的，步骤三中未弯曲的部分叉臂保持直线性延伸。
本发明还提供了变速箱换挡拨叉的成型装置，该成型装置应用于上述成型工艺以制得上述变速箱换挡拨叉，所示成型装置包括完成步骤四的终锻模具，所述终锻模具包括成型座和压铸板，所示成型座的成型面与拨叉本体所环抱得圆弧相适配，且成型座的成型面上设置有成型槽，成型槽内可预置滑动元件；压铸板分别位于成型座的上方两侧，且压铸板压铸面与成型面匹配。
进一步的，成型槽中预置的滑动元件与成型槽的槽壁紧密贴合。
进一步的，成型座包括中央座体和设置于其两侧的侧座体，中央座体能向下滑动以缩短贴合在央座体两侧的侧座体之间的距离。
本发明的有益效果为：本发明同时从拨叉本体和滑动元件的结构设计及成型工艺的角度出发，对两者进行结合性的优化，不仅可以在成型的同时将拨叉本体和滑动元件包覆性连接，通过工艺及结构提高两者的连接强度，同时还能保证拨叉本体成型后的锻造流线的连续性，保障其机械性能。
附图说明
图1为锻造用金属棒料的示意图；
图2为制坯后所得的锻造坯的示意图；
图3为预锻所得的预锻件的示意图；
图4为预弯所得的预弯件的示意图；
图5为终锻得到的拨叉毛坯的示意图；
图6为精整得到的成品拨叉的示意图；
图7为终锻时添加的耐磨套的示意图；
图8为制坯锻造模具的结构示意图；
图9为预锻模具的结构示意图；
图10为预弯模具的结构示意图；
图11为终锻模具的工作状态示意图；
图12为终锻模具的非工作状态示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供了该变速箱换挡拨叉的成型工艺。
如图1所示，用锯床锯下一段金属棒料1，该金属棒料用45钢，直径为80mm，使用该金属棒料1作为锻造原料进行锻造来制备变速箱换挡拨叉。
锻造的过程中需要对金属棒料1及其后续的锻造中间品进行热处理，以提高其塑性，降低变形抗力，便于后续的锻造，具体采用变频机将金属棒料1加热到1100℃-1200℃，并适当保温例如5分钟到6分钟。
加热好的金属棒料1需要制坯以使其具有换挡拨叉的初始大概轮廓，如图2所示，为制坯后的锻造坯2的大概外形，主要是为了使其具有方形的截面以匹配拨叉外形，另外也是为了提前锻造出拨叉轴套的成型部2-1，成型部2-1位于锻造坯2的长度方向上的中间位置，便于后期通过成型部2-1来成型拨叉轴套来连接拨叉轴。
将锻造坯2转移至预锻模具中进行预锻得到预锻件3，如图3所示，该预锻工序在锻造坯2上形成脊状凸起3-1，脊状凸起3-1的位置与拨叉轴套的成型部2-1相对，即分别位于预锻件3长度方向的两侧，且该脊状凸起3-1沿预锻件3的长度方向同步延伸，该脊状凸起3-1从预锻件3上与成型部2-1相邻的面向内锻压凹陷形成。
将预锻件3转移至预弯模具中进行预弯锻造得到预弯件4，如图4所示，该预弯件4以成型部2-1为起始点，以成型部2-1指向脊状凸起3-1的方向为预弯法线方向对预锻件3进行预弯，使成型部2-1所在位置及其相邻位置弯折后位于同一圆弧上，同时成型部2-1相邻位置以外未弯折的部分则保持直线性延伸，称之为臂4-1、4-2，即此时的预弯件4由如下几部分构成：依次相连的直线状的臂4-1、弧线状的成型部2-1和直线状的臂4-2。
将预弯件4转移至终锻模具中进行终锻得到拨叉毛坯5，如图5所示，该拨叉毛坯5对臂4-1、4-2进行后续的弯折锻造，使臂4-1、4-2偏离原来的直线性延伸方向向成型部2-1的圆心方向弯曲，进而使得臂4-1、4-2具有一定的弧度，例如可以是臂4-1、成型部2-1、臂4-2均位于同一圆弧上，同时使得脊状凸起3-1与外侧的臂4-1、成型部2-1、臂4-2也具有同样的弯折趋势，更重要的是，需要在臂4-1、4-2的远离成型部2-1的端部形成滑块5-1、5-2，该滑块5-1、5-2成型于脊状凸起3-1所在位置，即滑块5-1、5-2是如脊状凸起3-1一样贴合臂4-1、4-2，该滑块5-1、5-2相对于脊状凸起3-1是膨胀结构，即以垂直于臂4-1、4-2长度方向的平面为截面，对滑块5-1、5-2及脊状凸起3-1进行剖切，滑块5-1、5-2的剖面要大于脊状凸起3-1的剖面，且滑块5-1、5-2的剖面可全覆盖脊状凸起3-1。该滑块5-1、5-2也正是拨叉的主要拨动部件。
对拨叉毛坯5进行精整便可以在成型部2-1成型拨叉轴套，如图6所示，得到成品拨叉6。
实施例2
本实施例提供了另外一种变速箱换挡拨叉的成型工艺，区别于实施例1中的成型工艺，本实施例中在将预弯件4转移至终锻模具中进行终锻得到拨叉毛坯5的同时在脊状凸起3-1及滑块5-1、5-2的外部成型包裹有耐磨套7，如图7所示，该耐磨套7为预成型件，该耐磨套7的结构于脊状凸起3-1及滑块5-1、5-2是相匹配的。具体的，该耐磨套7包括第一壳体7-1、7-2和第二壳体7-3，第一壳体7-1、7-2位于第二壳体7-3延伸方向上的两端，第二壳体7-3具有匹配拨叉终锻弯曲度要求的弧度，且耐磨套7整体从弧形弯曲的背面开设有槽口。另外，第二壳体7-3的两端与第一壳体7-1、7-2连接处形成阶梯面。
在将预弯件4转移至终锻模具之前，先将耐磨套7对应放置于终锻模具中，然后将预弯件4放置到终锻模具中，由于预弯件4的成型部2-1具有对应的弧度，且预弯件4的内侧具有脊状凸起3-1，故而可以将成型部2-1位置对应的脊状凸起3-1先卡入第二壳体7-3中，再启动压机对臂4-1、4-2进行压弯使其最终成型。
在该最后一步的压弯成型过程中：(1)脊状凸起3-1是在预锻时形成的，且是通过从外侧向内侧压铸形成的，故而具有更高的密度，其强度也对应有所提升，在连接两端的滑块5-1、5-2时起到了加强筋的效果；(2)由于预锻时形成的脊状凸起3-1具有较大密度，故而采用弧度分布压铸的方法进行弧度成型，可以尽量减小弯曲成型时脊状凸起3-1的变形；(3)由于预锻时形成的脊状凸起3-1具有较大密度，在终锻时，脊状凸起3-1的弯曲会形成内部挤压，故而在压铸的过程中控制弯曲从成型部2-1向远端压铸，这样可以使得脊状凸起3-1弯曲时产生的变形量向产生滑块5-1、5-2的方向堆积，进而使得臂4-1、4-2的端部可以富集较大量的料以压铸成滑块5-1、5-2；同时一开始形成的成型部2-1的弧度具有平衡两侧臂4-1、4-2的作用，在压铸时能够自身稳定，无需外部装置辅助固定；(4)在终锻时，臂4-1、4-2上的脊状凸起3-1会嵌入耐磨套7中，并伴随着弧度压铸的过程，在耐磨套7中变形膨胀，通过力配合(主要过盈配合连接)的方式使耐磨套7牢牢卡在脊状凸起3-1上；(5)在终锻完成后，在脊状凸起3-1的两端形成的滑块5-1、5-2相对于脊状凸起3-1是膨大的，进而在滑块5-1、5-2于脊状凸起3-1的连接处形成阶梯面，对应于耐磨套7上第二壳体7-3的两端与第一壳体7-1、7-2连接处形成的阶梯面，使得拨叉毛坯5的自身的弧度形状特征与其端部形成的滑块5-1、5-2结构性特征对耐磨套7形成内部自限位结构，大大保障了该耐磨套7与拨叉毛坯5连接的稳定性；(6)该耐磨套7是结合拨叉的锻造工艺改进优化进行配合连接的，成型后一体性强，且无需对拨叉毛坯5进行开孔等操作来连接固定滑动件(即本实施例中的耐磨套7)，故而能保持拨叉毛坯5金属流线的连续性，避免开孔等操作切断金属流线对拨叉毛坯5机械性能造成负面影响，避免了采用焊接的方式连接拨叉毛坯5与滑动件时不同材料性质差异导致焊接性能差的问题(例如滑动件通常采用铜制作，拨叉毛坯5采用钢制作)。
实施例3
为了使本发明的成型工艺更清楚，本实施例提供了一套用于实施例1和2成型所述变速箱换挡拨叉的锻造模具。
如图8所示，为制坯锻造模具10，该制坯锻造模具10具有与锻造坯2适配的型腔，锻造时将金属棒料1放置在对应的型腔上，通过液压机(例如1000T液压机)将金属棒料1压入型腔内，使其塑性变形成锻造坯2。
如图9所示，为预锻模具11，该预锻模具11主要用于形成脊状凸起3-1，压铸时将锻造坯2放置于预锻模具11的下方底座的放置槽中，该放置槽的中部对应有容纳成型部2-1的深凹区，从而便于对锻造坯2进行定位和固定，通过液压机驱动上方的两个压铸夹块向中间运动，从而在锻造坯2上形成脊状凸起3-1。
如图10所示，为预弯模具12，该预弯模具12的底座上具有压弯槽，压铸时将预锻件3放置在压弯槽中，且成型部2-1朝下，通过液压机驱动上方的与压弯槽匹配的压铸块向下运动，接触预锻件3后将其下压至压弯槽中，通过压弯槽的结构使成型部2-1所在位置及其相邻位置弯折后位于同一圆弧上，成型部2-1以外的部分则保持直线性延伸。
如图11和12所示，为终锻模具13，其中图11为终锻模具13工作状态示意图，图12为终锻模具13的非工作状态。该终锻模具13包括成型座13-1和压铸板13-2、13-3，成型座13-1的顶面为弧形，且弧形面上具有成型槽，压铸板13-2、13-3分别位于成型座13-1的上方两侧，压铸板13-2、13-3压铸面是与成型槽匹配的弧形。当压铸时，将耐磨套7放置在成型座13-1的成型槽中，耐磨套7与成型槽的槽壁可贴合，进而成型槽的槽壁可以在压铸时起到支撑作用，然后将预弯件4放置到成型槽上，成型部2-1朝上，通过液压机驱动压铸板13-2、13-3分别从两侧向成型槽向运动，接触到预弯件4并进一步将臂4-1、4-2压合到成型槽中，使其具有符合要求的弧度。
如图12所示，将成型座13-1设置成分体式，包括中央座体13-11和侧座体13-12、13-13，中央座体13-11和侧座体13-12、13-13共同拼接成成型座13-1，侧座体13-12、13-13分别设置于中央座体13-11的两侧，中央座体13-11可以向下滑动以缩短贴合在央座体13-11两侧的侧座体13-12、13-13之间的距离，从而产生成型槽与拨叉毛坯5之间的间隙，更便于去除成型好的拨叉毛坯5，同时也更便于将耐磨套7放置于成型座13-1的成型槽中。
需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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