CN102527895A - 矩形截面大圆环的锻造工艺及模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种由小直径圆棒料锻造成矩形截面大圆环的锻造工艺及模具，其特点是：具体步骤是采用小直径圆棒弯成大圆形后焊接成圆环，放入模具锻造成矩形截面大圆环的形状，其工艺包括下料、模具弯圆、焊接、打磨、加热、热辊辗缩、锻造、修整和退火的步骤，实现以上工艺的锻造模具包括上模、下模和导向柱，上模和下模采用分体活块结构，所述的上模包括压头和模具型芯，所述的下模包括下模外圈和下模底座，压头、模具型芯、下模外圈和下模底座之间自然形成一个没有圆角的矩形截面大圆环的模腔，具有工艺新颖，节能省材，成品率高，工件质量好，模具结构简单，制造成本低等特点。

Description

矩形截面大圆环的锻造工艺及模具

技术领域

本发明涉及一种机械制造工艺，特别是涉及一种由小直径圆棒料锻造成矩形截面大圆环的锻造工艺及模具。

背景技术

对于一些尺寸比较大的齿轮或蜗轮来说，采用齿圈组装形式，不仅可以节省一些较贵重金属，而且便于齿圈更换。齿圈毛坯制造的工艺流程较多。如：镦粗—→冲孔—→冲头扩孔—→芯棒扩孔—→修整成环。该类工艺生产效率低，劳动强度大，金属纤维在车削加工时被切断，锻件需要反复加热，工序多，锻件精度得不到保证。又如：圆棒料下料—→轧制成矩形截面的条料—→弯成大圆形—→对焊成大圆环—→打磨焊缝—→退火修整成环。该类工艺效率较高，但对焊时接合口难保平整，后续车削加工余量较大，材料浪费较多。再如：圆棒料下料—→弯成大圆形—→对焊成大圆环—→打磨焊缝—→加热—→模锻成矩形截面的圆环—→退火修整成环。该类工艺效率较高，材料浪费较少，但模锻成矩形截面的圆环时由于脱模要求在其截面上有较大的圆角，后续车削加工余量较大，材料浪费也较多。

 有关齿轮或齿圈毛坯制造的工艺技术有较多研究，公开文献也报道了一些，如：实用新型“热锻精化齿轮毛坯模具装置”（专利号为：97247906.6），涉及齿轮的制造，带齿的轮；盘形轮，通过锻造、压制制造特殊制品，锻件或压制件的制作模具装置，在下凸模固定座板上具有下凸凹模轴、下夹紧上凹环固定板、下圆环模加强套、下凸凹圆环模、在上固定壳体内具有夹紧轴辊、上凸凹模轴、上夹紧下凹环固定板、上圆环模加强套、上凸凹圆环模及轮齿凸凹牙模，该实用新型热锻精化齿轮两端形状及轮齿同时成型，轮齿精化锻出则尤为突出，具有结构简单紧凑，且成本低廉等优点。又如实用新型“齿轮毛坯扩孔锻造模具”（专利号为：03269666.3），提供一种齿轮毛坯扩孔锻造模具，这种扩孔模具由外圆压辊，固定模板，活动模板和模板固定销组成，压辊有外圆环槽；安装在扩孔机主动轴上；固定模板为与扩孔机的被动轴配合的圆盘形状，中心设置模板轴；活动模板的圆盘形状与固定模板对应，套装在模板轴上；固定模板和活动模板由固定销紧固。该实用新型和扩孔机配套使用，通过该实用新型卡紧齿轮锻坯对其进行二次扩孔成型，和直接锻造成型相比，大大提高了生产效率，同时减少冲孔废料，节省材料，同时产品质量也得到保证。再如实用新型“一种锻压齿轮毛坯”（专利号为：200920104865.7），涉及齿轮的结构，具体涉及一种低噪音铸锻压齿轮毛坯，特别是较大幅面齿轮的毛坯，该锻压齿轮毛坯包括用于加工齿牙的齿辋部分，用于与轴连接的齿毂部分，若干根连接所述齿辋与所述齿毂的辐条部分，在所述齿辋、齿毂、辐条之间构成有空心的齿轮辐部分，也就是说该锻压齿轮毛坯的构造如同轮毂的外形。该设计齿轮毛坯在保证齿轮的各项机械性能的前提下，可将齿轮运行的噪音大幅度降低，并具有节省材料，减轻重量，加工制作简单，成本低等特点。还有发明“摩托车启动主动齿轮棒料直接成坯的冷挤压成形工艺”（专利号为：200510020260.6），一种摩托车启动主动齿轮棒料直接成坯的冷挤压成形工艺，主要用于冷挤压摩托车启动主动齿轮坯的加工，即用于CB125-362或CG125-521的齿坯冷挤压成形加工。其特征是，将棒料经磷化皂化后一次性冷挤压成只带少量中间连皮的预坯中空件，再钻削去中间连皮，即可得到要冷挤压外花键齿的中空坯件。节约原材料，节省机加工时，是无切削、少切削的冷挤压工艺的进一步发展。另有发明“矩形截面铝合金环件轧制成形的方法”（专利号为：200410060885.0），涉及一种矩形截面铝合金环件轧制成形的方法。矩形截面铝合金环件轧制成形的方法，其特征是按如下步骤实现：1)下料：将铝合金棒材锯切成料段；2)制坯：将料段从室温均匀加热到高塑性、低抗力的热变形温度350℃～550℃，将热态的铝合金料段镦粗、冲孔、冲连皮，制成规定形状尺寸的轧制用环件毛坯；2)轧环：将环件毛坯放入加热炉中加热，当温度达到350℃～550℃时取出，放入轧环机孔型内，通过径向轧制或径—轴向轧制，使环件毛坯壁厚减小、内外直径扩大，成为环件锻件；4)锻件机械切削加工成产品。

但是，经本发明人调查研究后，以上专利存在加工工艺复杂、浪费材料等缺陷，所以，如何能够做到既有简单的加工工艺，又有比较高的材料利用率，一直成为机械行业非常关注的问题。

发明内容

以下结合附图及实施例对本发明的矩形截面大圆环的锻造模具结构作进一步的说明。

如图1～2所示，本发明的矩形截面大圆环的锻造模具，包括导向柱1、压头2、模具型芯3、模腔4、下模外圈5、下模底座6、下模左外圈5-1、下模右外圈5-2，上模和下模采用分体活块结构，压头2、模具型芯3、下模外圈5和下模底座6之间自然形成一个矩形截面大圆环的模腔4，下模外圈5做成较大的内倒角、模具型芯3做成较大的外倒角，由于模具所形成的容模空间就没有大的圆角，几乎是方角，精锻出来的工件就不会留下大的圆角，也几乎是方角；为便于坯料进模和脱模，所述的下模外圈5还可以做成能够拆分为两半的下模左外圈5-1和下模右外圈5-2，所述的矩形截面大圆环的锻造模具，还可在压头2和下模底座6上设有简单的顶出机构。

采用以上所述的锻造模具对小直径圆棒料锻造成矩形截面大圆环的锻造工艺，是采用小直径圆棒弯成大圆形后焊接成圆环，放入模具锻造成矩形截面大圆环的形状，其工艺包括下料、模具弯圆、焊接、打磨、加热、热辊辗缩、锻造、修整和退火的步骤，具体步骤如下：

（1）下料. 根据所加工零件的矩形截面大圆环的尺寸要求，按金属加工理论精确计算，选择合适直径的圆钢棒料，采用锯床或砂轮切割机加工成需要的长度；

（2）模具弯圆.利用专用模具将圆钢棒料弯成符合尺寸要求的圆环；

（3）焊接.使用焊接专机焊接圆环开口，保证圆环不变形；

（4）打磨.去除焊渣，打磨焊缝；

（5）加热.根据不同的材料，加热至合适温度；

（6）热辊辗缩.将加热后的圆环辊辗，缩小宽度，以便入模；

（7）锻造.将圆环放入模腔（4）内，使用压力机将圆形截面的圆环锻压成矩形截面的大圆环；

（8）修整.去除毛刺，修整光滑；

（9）热处理.退火。

实施例1

参看如图3～4所示：

以制造外径为Φ483.9mm；内径Φ430.5mm；厚度为21mm的齿轮毛坯为实施例说明本发明的矩形截面大圆环的锻造工艺及模具。

1.下料。根据所加工零件的矩形截面大圆环的尺寸要求，按金属加工理论精确计算选择合适直径的圆钢棒料，并由所选择好的圆棒料直径精确计算出棒料的长度，保证最大的材料利用率。根据需要制造尺寸为：Φ483.9×Φ430.5×21（mm）的齿圈毛坯，即要制造一个截面为26.7×21（mm）矩形状的圆环，按5%的金属余量算，应选圆钢直径为Φ27.38mm，可选择Φ28mm的圆钢棒料，下料长度以中间的中心点计算为：L=3.14×470.6mm=1477.5mm。采用锯床切割机按计算好的尺寸切割成L=1477.5mm的长度。

2.折弯。将以上的小直径为Φ28mm的圆棒料冷弯成大圆环。

3.焊接。采用专用夹具把大圆环的开口对接好后进行对焊，得到封闭的大圆环，专用夹具还可保证焊接过程变形在控制范围内（参看图3中的圆形截面工件7）。

4.打磨。去除焊渣等杂质，打磨焊缝。

5.加热。加热温度选择，一般来说，钢的再结晶温度大约在750°C左右，在700°C以上进行锻造时，由于变形能可以得到动态释放，成形阻力急剧减小；在700～850°C 锻造时，锻件氧化皮较少，表面脱碳现象较轻微，锻件尺寸变化较小；在950°C以上锻造时，虽然成形力更小，但锻件氧化皮和表面脱碳现象严重，锻件尺寸变化较大。因而本工艺采用700～850°C的范围内锻造，得到质量和精度都比较好的锻件。

6.热辊辗缩。把大圆环加热至900°C左右后，先热辊辗缩小宽度，以便能放入模具中，即将以上的圆环宽度从28mm辊辗至25mm，这样就可以把圆环坯料放入宽度为26.7mm的模具中。

7.锻造。按要求组合好锻造模具，放入以上辗缩后的圆环坯料，使用锻造压力机，在热态下把容易变形的金属截面从圆形截面压制成矩形截面。其变形量主要在其截面上，当直径从Φ28mm圆形截面压制成为26.7×21mm矩形截面时，变形程度在厚度方面从28mm变为21mm。变形量不大，一方面是采用正挤压，毛坯的变形程度较径向挤压小，且应力球张量远小于镦挤时的封闭挤压状态；另一方面是加热挤压时，金属的塑性大大提高，从而抗力显著下降，所需工作压力也不大。综合考虑压力估算，模具设计及设备能力的充分利用等几方面，可选用常见的Y32-200四柱万能液压机，其公称压力为2000kN，最大开模高度为1100mm，皆能满足要求。应用本工艺加工后，齿圈毛坯外形尺寸为Φ483.9×Φ430.5×21（mm），正向挤压时，模具所承受的变形抗力明显减小，且主要作用在模具的容料腔部分，应力集中现象小，因而提高了模具寿命。由于模具的特殊设计，可使精锻出来的矩形截面接近方角，基本没有大圆角（参看图4中的矩形截面工件8）。 

8.修整。修整并去除毛刺。

9.热处理。采用电阻箱式加热炉，把加工好的坯料随炉升温到860°C，保温14h，然后冷却到300°C出炉，硬度约为140HB左右，以使坯料达到后续容易切削加工的硬度。

Claims (4)

1.一种矩形截面大圆环的锻造工艺，其特征在于：首先采用小直径圆棒弯成大圆形后焊接成圆环，然后放入模具，利用锻压机械对该圆圈形状的大圆形截面的金属坯料施加压力，锻压成所需矩形截面的大圆环形状的加工方法，具体步骤包括：

（1）下料：根据所加工零件的矩形截面大圆环的尺寸要求，按金属加工理论精确计算，选择合适直径的圆钢棒料，采用锯床或砂轮切割机加工成需要的长度；

（2）模具弯圆：利用专用模具将圆钢棒料弯成符合尺寸要求的圆环；

（3）焊接：使用焊接专机焊接圆环开口；

（4）打磨：去除焊渣，打磨焊缝；

（5）加热：根据不同的材料，加热至合适温度；

（6）热辊辗缩：将加热后的圆环辊辗；

（7）锻造：将圆环放入模腔内，使用压力机将圆形截面的圆环锻压成矩形截面的大圆环；

（8）修整：去除毛刺，修整光滑；

（9）热处理：.退火。

2.根据矩形截面大圆环的锻造工艺，其特征在于：所述的模具包括上模、下模和导向柱（1），其特征在于：上模和下模采用分体活块结构，所述的上模包括压头（2）和模具型芯（3），所述的下模包括下模外圈（5）和下模底座（6），压头（2）、模具型芯（3）、下模外圈（5）和下模底座（6）之间自然形成一个没有圆角的矩形截面大圆环的模腔（4），下模外圈（5）有内倒角、模具型芯（3）有外倒角。

3.根据权利要求2所述的矩形截面大圆环的锻造工艺，其特征在于：所述的压头（2）和下模底座（6）上设有顶出机构。

4.根据权利要求2所述的矩形截面大圆环的锻造工艺，其特征在于：所述的下模外圈（5），包括能够拆分为两半的下模左外圈（5-1）和下模右外圈（5-2）。

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