CN1025482C - 带齿形的齿轮坯条料的冷拉拔工艺方法和模具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带齿形的齿轮坯条料冷拉拔工艺方法和用于本方法的成组模具。本方法采用渐进的三个变形阶段，解决变形不均匀引起变形阻力剧增的问题。成组模具均为荷花形模具，在一个模具内有多个变形区，而且每个变形区具有不相同但却互相配合的工作锥角，使金属能在模具内均匀地变形，减少变形阻力，不会发生粘模和崩模现象。采用这种工艺方法只需要常规的卧式拉拔机，能量消耗少，产品质量和精度高，可减少机加工量，降低产品成本。

Description

本发明涉及冷拉拔工艺方法和模具，具体的说，涉及带齿形的齿轮坯条料的冷拉拔工艺方法和模具。

目前，利用冷态压力加工制造带齿形的齿轮坯的方法，基本上都是锻压或冲压。例如，日本专利文献昭62-110829公开了一种用冲压方法制造带齿形的齿轮坯的工艺和模具。使用这种方法只能制造单个齿轮坯，生产率低，而且，很明显，只能制造模数很小的齿形。另外，这种方法需要的设备吨位大，而且因为一道工序即冲出齿形，其材料内部的纤维组织有被割裂的可能。如果原材料是高强度的合金结构钢，甚至会使采用这种工艺方法成为不可能，因为变形阻力太大，模具很快就会磨损，或者发生粘模、崩模等故障。

美国专利文献US3349596中公开了一种从不同半径方向对坯料进行冷态模压来制造小齿轮条料的方法和设备。这种工艺方法需要有专门设计和制造的设备，其设备的机构和模具的结构复杂，但生产率却不高。特别是因为采用了组合式模具，不但设计和制造工艺复杂，而且直接影响齿轮坯料的尺寸精度。

本发明的目的之一是提供一种带齿形的齿轮坯条料的冷拉拔工艺方法，这种工艺方法不需要复杂的专门设备，只需要常规使用的卧式冷拉拔机，而且，由于在工艺设计中采用了逐步变形的工艺过程，解决了成型时坯料变形不均匀会引起的变形阻力剧增的问题，使变形阻力减到最小的程度，因而可以大大减少所需要设备的吨位。

利用冷拉拔工艺制造带齿形的齿轮坯条料，不但生产率高，节约能源，而且产品的齿形十分接近最后的成品，齿形表面的金属晶粒细，纤维组织的方向性好，从而大大提高了齿轮的内在质量（例如强度、齿形表面的淬火硬度等），节约了原材料和机械加工工时。其结果是大大降低了产品成本。

本发明的另一个目的是提供用于上述冷拉拔工艺的荷花形成组模具，这种成组模具由至少三个模具组成，每个模具中有使变形逐步增大的多个变形区，并且每个变形区具有不同的但互相配合的工作锥角，从而具有使金属在模具内逐步均匀地变形的特点，为金属的流动创造了良好条件，因而能够大 大减少变形阻力，即使是高强度的合金结构钢，也能顺利地通过数量不多的一套拉拔模制造出带齿形的齿轮坯条料，而不会产生粘模或崩模等故障。

本发明的工艺方法是这样实现的：在常规的冷拉拔机上，将外直径接近成品齿轮外径而稍大的坯料，通过分阶段变形逐步拉拔成带齿形的齿轮坯条料，拉拔中的变形过程通过至少三个拉拔模分为三个阶段，第一阶段，使圆形坯料变形成为正多边形，边的数量与要拉拔的齿轮的齿数相等，而且边的形状向内凹进呈弓形;第二阶段，在多边形边的中部增加弓形向内凹进的深度，但不增加边的两侧向内凹进的深度，初步形成凸起的齿形;第三阶段，继续增加向内凹部分的深度，直到使齿形符合拉拔成品的形状，在每两个变形阶段中间加入退火工序。

在上述三个变形阶段中，第一阶段的多边形的边向内凹进的深度可为齿沟深度的15-25%;而第二阶段中，使得向内凹进的深度达到齿沟总深度的70-80%;在第三阶段中，完成全部外形。

本发明的成组模具由分别用于三个变形阶段的至少三个模具组成，每一个模具都具有逐步过渡的若干个变形区，每一个模具中若干个变形区的工作锥角各不相同，通常，拉拔前方变形区的工作锥角小于后方变形区的锥角;只有第一变形阶段的模具中，原料进口处的工作锥角小于前方变形区的工作锥角，各工作锥角的选取范围在4°-22°之间;每个变形区的长度不超过模孔直径的40%。

上述模具中，使金属具有不同变形程度的各部分具有不同数量的变形区，其中，使坯料向内凹进深，因则变形大的部分（即各变形阶段中多边形的边及其中部），变形区的数目至少3个，其余变形量小的部分，变形区为1-2个。

为了使金属的变形过程更为均匀，除原料进口处外，相邻两个变形区的工作锥角之间的关系最好是，前方变形区的工作锥角的角度为后方变形区工作锥角的60-80%。

下面参照附图详细说明本发明的实施例。

附图中，图1是拉拔成（即第三阶段变形后）的带齿形的齿轮坯条料的横断面图。由该齿轮坯制造的成品齿轮的模数为5，齿数8。由于齿形经过移位修正，故齿沟总深度约为9mm。

图2是经第一阶段变形后的多边形坯料的断面图。

图3是经第二变形阶段后条料的断面形状。

图4是第一变形阶段预成型模的正视图。

图5是沿图4A-A线的剖视图，图中示出三个变形区及其工作锥角。

图6是第二变形阶段预成型模的正视图。

图7是沿图6B-B线的剖视图，图8是沿图6C-C线的局部剖视图，这两个图表示了第二变形阶段预成型模的各个变形区及其工作锥角。

图9是第三变形阶段的最后成型模的正视图。

图10是沿图9D-D线的剖视图，图11是沿图9E-E线的局部剖视图，这两个图表示了第三变形阶段成型模的各个变形区及其工作锥角。

材质为20CrMnTi，外径为φ60的坯料首先送入图4所示的第一变形阶段预成型模中进行拉拔。如图5所示，上述预成型模中多边形的边具有三个变形区，各变形区的工作锥角分别为α₁、α₂、α₃，且α₁＜α₂＜α₃。在本实施例中取α₁＝6°，α₂＝10。

α₃＝18°。

经过第一阶段变形后，坯料成为多边形条料，其断面形状如图2所示。由图2可见，此多边形基本上呈正八边形，边数与齿数相等，而且，每条边都向内凹呈弓形，凹形的深度为2mm。

多边形条料在退火后送入图6所示的第二变形阶段预成型模中进行拉拔，如图7和图8所示，在该预成型模中，弓形边的中部有3个变形区，其工作锥角分别为α₅、α₆、α₇，且α₅＜α₆＜α₇，而弓形边的两侧和多边形的角部只有一个变形区，其工作锥角为α₄。在本实施例中，取α₄＝6°，α₅＝10°α₆＝12°。

α₇＝16°。

经过第二阶段变形后的条料断面形状如图3所示。此时，弓形边中部向内凹的深度已经达到6mm，而两侧则基本上仍保持原有位置，在两条弓形边之间初步形成了凸起的齿。

将经第二阶段变形后的条料退火后，送入图9所示的第三变形阶段的成型模中进行拉拔。如图10和图11所示，在成型模中，齿沟的下部有3个变形区，其工作锥角分别为α₁₀、α₁₁、α₁₂，且α₁₀＜α₁₁＜α₁₂。而齿沟的上部有2个变形区，其工作锥角为α₈，α₉，且α₈＜α₉。在本实施例中，分别 取α₈＝6°，α₉＝10°α₁₀＝10°，α₁₁＝14°，α₁₂＝18°。由于在最后的成型模中齿沟的上部也需要正确地逐步成型，所以要有2个变形区。

经过在三个模具中的三个变形阶段，最后拉拔成的带齿形的齿轮坯条料的断面形状如图1所示。它具有基本上符合成品齿轮的齿形，只留下很少的齿形精加工余量。

综上所述，可知，本发明所提供的带齿形的齿轮坯条料的冷拉拔工艺方法，以及此法中采用的荷花形多变形区成组模具，可以在普通规格的冷拉拔机上将高强度合金结构钢材料拉拔成内在质量好，机械加工量少的齿轮坯条料。采用这种方法和模具，不需要大量设备投资，而且能量消耗少，能节约大量金属和机加工工时，使产品成本大幅度降低。

Claims (5)

1、一种带齿形的齿轮坯条料的冷拉拔工艺方法，它采用常规的冷拉拔机，将外径接近成品齿轮外径而稍大的坯料，通过分阶段变形、逐步拉拔成带齿形的齿轮坯条料，其特征在于，坯料的成型通过一组至少三个形状逐步过渡的拉拔模、拉拔中的变形过程分为三个阶段：第一阶段，使圆形坯料变形成为正多边形，边的数量与要拉拔的齿轮的齿数相等，而且边的形状向内凹进呈弓形；第二阶段，在多边形边的中部增加弓形向内凹进的深度，但不增加边的两侧向内凹进的深度，初步形成凸起的齿形；第三阶段，继续增加向内凹进部分的深度，直到齿形符合拉拔成品的形状，在每两个变形阶段的中间加入退火工序。

2、如权利要求1所述的工艺方法，其特征在于，在上述三个变形阶段中，第一阶段的多边形的边向内凹进的深度可为齿沟总深度的15-25%，而在第二阶段中，使得向内凹进的深度达到齿沟总深度的70-80%，在第三阶段中，完成全部外形。

3、一种带齿形的齿轮坯条料冷拉拔用的成组模具，由分别用于三个变形阶段的至少三个模具组成，其特征在于，每一个模具都具有逐步过渡的若干个变形区，每一个模具中若干个变形区的工作锥角各不相同，通常，拉拔前方变形区的工作锥角小于后方变形区的锥角;只有第一变形阶段的模具中，原料进口处的工作锥角小于前方变形区的工作锥角;各工作锥角的选取范围在4°-22°之间;每个变形区的长度不超过模孔直径的40%。

4、如权利要求3所述的成组模具，其特征在于，在上述各个模具中，使金属具有不同变形程度的各个部分具有不同数目的变形区，其中，使坯料向内凹进深，因而变形大的部分（即各变形阶段中多边形的边及其中部），变形区的数目至少三个，其余变形量小的部分，变形区为1-2个。

5、如权利要求3或4所述的成组模具，其特征在于，除原料进口处外，相邻两个变形区的工作锥角之间的关系是，前方变形区的工作锥角的角度为后方变形区工作锥角的60-80%

Images