CN103056259B - 一种圆柱齿轮的精密轧制成形方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种圆柱齿轮的精密轧制成形方法及装置，其方法包括以下步骤：S1，获得环形的毛坯；S2，将环形的毛坯置于环形的驱动辊内；S3，在毛坯的上下两端分别设置上挡板和下挡板；S4，将芯辊置于毛坯内，芯辊的直径小于上挡板和下挡板的内径；S5，使驱动辊和毛坯一起绕毛坯的中轴线旋转，芯辊沿毛坯的径向作直线进给运动；S6，当齿轮毛坯的内径达到预定值时，芯辊停止进给，取出制得的圆柱齿轮；其装置包括驱动辊（1）、芯辊、上挡板（4）、下挡板（5）、旋转驱动装置和直线驱动装置。本发明通过连续局部塑性变形一次整体成形圆柱齿轮，具有显著的节能节材、降低生产成本、提高生产率和产品性能效果。

Description

一种圆柱齿轮的精密轧制成形方法及装置

技术领域

本发明涉及圆柱齿轮的制造领域，更具体地说，涉及一种圆柱齿轮的精密轧制成形方法及装置。

背景技术

圆柱齿轮是现代工业生产中的关键基础零件之一，在机械、汽车、火车、船舶、冶金、化工、能源、航空航天等工业领域有非常广泛的应用。对于高性能圆柱齿轮，它不仅几何精度要求高，还要求有较高的内部微观组织性能，这就对其制造质量提出了更加苛刻的要求。目前圆柱齿轮主要有两种制造方法。一是专用机床切削加工。这种方法材料利用率低、生产效率低、成本高，而且破坏了齿面的金属流线，降低了齿轮的机械性能和使用寿命。二是锻造成形。虽然这种方法材料利用率高，生产效率和制造质量也较切削加工高，但是其成形能力有限，变形抗力大，模具寿命低，且齿形充填困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种圆柱齿轮的精密轧制成形方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种圆柱齿轮的精密轧制成形方法，包括以下步骤：

S1，获得环形的毛坯，毛坯的外径等于圆柱齿轮的齿根圆直径，毛坯的高度等于圆柱齿轮的高度；

S2，将环形的毛坯置于环形的驱动辊内，毛坯和驱动辊同心放置，驱动辊的内表面为与圆柱齿轮的齿形轮廓相配合的型面；

S3，在毛坯的上下两端分别设置上挡板和下挡板，上挡板和下挡板卡装在驱动辊内，上挡板和下挡板的内径小于毛坯的内径，上挡板和下挡板的外边缘为与驱动辊的内表面的型面相配合的齿形；

S4，将芯辊置于毛坯内，芯辊的直径小于上挡板和下挡板的内径；

S5，使驱动辊和毛坯一起绕毛坯的中轴线旋转，芯辊沿毛坯的径向作直线进给运动，毛坯产生壁厚减小，内径扩大，轴向高度不变，外表面齿形轮廓成形的连续局部塑性变形；

S6，当齿轮毛坯的内径达到预定值时，芯辊停止进给，取出制得的圆柱齿轮。

在本发明所述的圆柱齿轮的精密轧制成形方法中，在所述步骤S1中，所述环形的毛坯通过镦粗、冲孔、冲连皮、平端面的方法制得。

在本发明所述的圆柱齿轮的精密轧制成形方法中，在所述步骤S1中，所述毛坯的内径其中d_f为圆柱齿轮的齿根圆直径，A为圆柱齿轮的端面面积。

在本发明所述的圆柱齿轮的精密轧制成形方法中，所述芯辊上设有工作部和连接部，所述连接部设置在所述工作部的两端，所述连接部伸出上挡板和下挡板。

在本发明所述的圆柱齿轮的精密轧制成形方法中，在所述步骤S6中，当齿轮毛坯的内径达到预定值时，上挡板和下挡板的内壁与所述连接部之间有间隙。

在本发明所述的圆柱齿轮的精密轧制成形方法中，在所述步骤S6中，通过上挡板将制得的圆柱齿轮挤出。

本发明还提供了一种圆柱齿轮的精密轧制成形装置，包括驱动辊、芯辊、上挡板、下挡板、旋转驱动装置和直线驱动装置，所述上挡板和下挡板卡装在所述驱动辊内部，所述驱动辊的内表面为与圆柱齿轮的齿形轮廓相配合的型面，所述上挡板和下挡板的外边缘为与驱动辊的内表面的型面相配合的齿形，所述芯辊插入所述驱动辊内，所述旋转驱动装置驱动所述驱动辊转动，所述直线驱动装置驱动所述芯辊沿径向作直线进给运动。

在本发明所述的圆柱齿轮的精密轧制成形装置中，所述芯辊上设有工作部和连接部，所述连接部伸出上挡板和下挡板，所述直线驱动装置与所述连接部连接。

实施本发明的圆柱齿轮的精密轧制成形方法及装置，具有以下有益效果：

（1），轧制成形的过程中，毛坯在轴向通过上挡板和下挡板限位，因此毛坯的高度不会产生变化。毛坯的外径等于圆柱齿轮的齿根圆直径，毛坯径向受挤压，在毛坯的外壁形成齿形，圆柱齿轮的几何尺寸容易控制。

（2），通过多道次连续局部塑形变形一次整体成形圆柱齿轮，具有显著的节能节材、降低生产成本、提高生产率和产品性能的效果。轧制成形的圆柱齿轮齿形充填饱满，表面质量好，几何精度高，而且获得了细密的晶粒组织和完整的金属流线，显著地改善了圆柱齿轮内部组织和力学性能，可使圆柱齿轮的性能和使用寿命得到大幅度的提高。

（3），由于本发明圆柱齿轮精密轧制成形装置的结构简单，驱动辊可以通过电机、马达等旋转驱动装置直接驱动，没有复杂的传动和定位结构，所以驱动辊在转动的过程中不会左右晃动，成形精度高，制得的圆柱齿轮质量好。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是用于制造圆柱齿轮的毛坯截面示意图；

图2是圆柱齿轮截面示意图；

图3a-图3d是圆柱齿轮的精密轧制过程示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本发明圆柱齿轮的精密轧制成形方法包括以下步骤：

S1，获得环形的毛坯3，如图1、图2所示，毛坯3的高度B₀等于圆柱齿轮7轴向高度B，毛坯3的外径D₀等于圆柱齿轮7的齿根圆直径d_f。毛坯3的内径其中A为圆柱齿轮7的端面面积。在本发明的一个优选的实施例中，圆柱齿轮7的齿根圆直径d_f=52.80mm，分度圆直径d=60.00mm，齿顶圆直径d_a=66.00mm，内孔直径d₁=42.80mm，高度B=35.00mm，端面面积A=1260.45mm²，环形毛坯3的外径D₀=52.80mm，d₀=34.40mm，B₀=35.00mm。

S2，将环形的毛坯3置于环形的驱动辊1内，毛坯3和驱动辊1同心放置，驱动辊1的内表面为与圆柱齿轮7的齿形轮廓相配合的型面，该型面用于成形圆柱齿轮7的齿形。

S3，在毛坯3的上下两端分别设置上挡板4和下挡板5，上挡板4和下挡板5之间的距离等于圆柱齿轮7的高度。上挡板4和下挡板5卡装在驱动辊1内，上挡板4和下挡板5的外边缘为与驱动辊1的内表面的型面相配合的齿形。上挡板4和下挡板5的内径d_m小于毛坯3的内径d₀，即d_m＝d₀-2c，c为轧制开始时上挡板4和下挡板5的内表面超出齿轮7毛坯3内表面的距离。

S4，将芯辊置于毛坯3内，芯辊为台阶轴。芯辊上设有工作部2和连接部6，连接部6设置在工作部2的两端。工作部2用于挤压毛坯3的内壁，连接部6伸出上挡板4和下挡板5，用于与直线驱动装置连接。工作部2的直径D_x小于上挡板4和下挡板5的内径d_m，保证工作部2能够放入毛坯3。本实施例中工作部2的直径至少比上挡板4和下挡板5的内径d_m小6mm，即D_x≤d_m-6mm。轧制结束时，工作部2进入上挡板4和下挡板5侧壁的深度为了防止干涉，上挡板4和下挡板5的内表面和连接部6之间需留有径向间隙f，其值一般取0.5mm-1mm，连接部6的直径

$d_x=D_x-2(c+\frac{d_1-d_0}{2}+f).$

S5，如图3a-图3c所示，使驱动辊1和毛坯3一起绕毛坯3的中轴线旋转，芯辊沿毛坯3的径向作直线进给运动，图3a中的n表示驱动辊1的旋转速度，v表示芯辊的进给速度。工作部2在进给的过程中与毛坯3接触并挤压毛坯3，毛坯3的外壁被挤压形成齿形。为了进一步提高成形质量，驱动辊1和毛坯3一起匀速旋转，工作部2作匀速直线运动。在工作部2和驱动辊1的共同作用下，毛坯3产生壁厚减小，内径扩大，轴向高度不变，外表面齿形轮廓成形的连续局部塑性变形。通过连续局部塑性变形一次整体成形圆柱齿轮7，具有显著的节能节材、降低生产成本、提高生产率和产品性能的效果。轧制成形的圆柱齿轮7的表面质量好，几何精度高，而且获得了细密的晶粒组织和完整的金属流线，显著地改善了圆柱齿轮7内部组织和力学性能，可使圆柱齿轮7的性能和使用寿命得到大幅度的提高。

S6，当毛坯3的内径达到圆柱齿轮7的内径d₁的预定值时，芯辊停止进给，并往中轴线方向移动脱离毛坯3，驱动辊1也停止转动，取出制得的圆柱齿轮7。如图3d所示，在本实施例中通过推动上挡板4挤出制得的圆柱齿轮7。

如图3a-图3d所示，本发明还提供了一种圆柱齿轮的精密轧制成形装置，包括驱动辊1、芯辊、上挡板4、下挡板5、旋转驱动装置和直线驱动装置。

上挡板4和下挡板5卡装在驱动辊1内部，驱动辊1的内表面为与圆柱齿轮7的齿形轮廓相配合的型面，上挡板4和下挡板5的外边缘为与驱动辊1的内表面的型面相配合的齿形。芯辊插入驱动辊1内，旋转驱动装置驱动驱动辊1转动，直线驱动装置驱动芯辊沿径向作直线进给运动。芯辊为台阶轴，芯辊上设有工作部2和连接部6，连接部6设置在工作部2的两端。工作部2用于挤压毛坯3的内壁。连接部6伸出上挡板4和下挡板5，用于与直线驱动装置连接。工作部2的直径小于上挡板4和下挡板5的内径，连接部6的直径小于工作部2的直径。

成形圆柱齿轮7时，将环形的毛坯3放入驱动辊1内，环形的毛坯3的上下两端分别通过上挡板4和下挡板5限位。旋转驱动装置驱动驱动辊1转动，毛坯3随驱动辊1一起转动，直线驱动装置驱动芯辊沿径向作直线进给运动，工作部2在移动的过程中与毛坯3的内壁接触并挤压毛坯3。在工作部2和驱动辊1的共同作用下，毛坯3产生壁厚减小，内径扩大，轴向高度不变，外表面齿形轮廓成形的连续局部塑性变形。通过推动上挡板4可将制得的圆柱齿轮7挤出。本发明的成形装置通过连续局部塑性变形一次整体成形圆柱齿轮7，具有显著的节能节材、降低生产成本、提高生产率和产品性能的效果。

本发明圆柱齿轮的精密轧制成形装置的结构简单，驱动辊1可以通过电机、马达等旋转驱动装置直接驱动。例如可以将驱动辊1固定在平台上，然后通过电机带动平台转动。由于成形装置的结构简单，没有复杂的传动和定位结构，驱动辊1在转动的过程中不会左右晃动，成形精度高，并且制得的圆柱齿轮7质量好。可以理解的是，旋转驱动装置的驱动方式有多种，例如还可以通过转轴带动驱动辊1转动，本实施例中的平台只是一种优选的实施方式。

本发明圆柱齿轮的精密轧制成形方法及装置既可以用来制造直齿圆柱齿轮，也可以用来制造斜齿圆柱齿轮。在取出斜齿圆柱齿轮时，上挡板4需要边旋转边下行。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种圆柱齿轮的精密轧制成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，获得环形的毛坯，毛坯的外径等于圆柱齿轮的齿根圆直径，毛坯的高度等于圆柱齿轮的高度；

S2，将环形的毛坯置于环形的驱动辊内，毛坯和驱动辊同心放置，驱动辊的内表面为与圆柱齿轮的齿形轮廓相配合的型面；

S3，在毛坯的上下两端分别设置上挡板和下挡板，上挡板和下挡板卡装在驱动辊内，上挡板和下挡板的内径小于毛坯的内径，上挡板和下挡板的外边缘为与驱动辊的内表面的型面相配合的齿形；

S4，将芯辊置于毛坯内，芯辊的直径小于上挡板和下挡板的内径；

S5，使驱动辊和毛坯一起绕毛坯的中轴线旋转，芯辊沿毛坯的径向作直线进给运动，毛坯产生壁厚减小，内径扩大，轴向高度不变，外表面齿形轮廓成形的连续局部塑性变形；

S6，当齿轮毛坯的内径达到预定值时，芯辊停止进给，取出制得的圆柱齿轮。

2.根据权利要求1所述的圆柱齿轮的精密轧制成形方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述环形的毛坯通过镦粗、冲孔、冲连皮、平端面的方法制得。

3.根据权利要求1所述的圆柱齿轮的精密轧制成形方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述毛坯的内径其中d_f为圆柱齿轮的齿根圆直径，A为圆柱齿轮的端面面积。

4.根据权利要求1所述的圆柱齿轮的精密轧制成形方法，其特征在于，所述芯辊上设有工作部和连接部，所述连接部设置在所述工作部的两端，所述连接部伸出上挡板和下挡板。

5.根据权利要求4所述的圆柱齿轮的精密轧制成形方法，其特征在于，在所述步骤S6中，当齿轮毛坯的内径达到预定值时，上挡板和下挡板的内壁与所述连接部之间有间隙。

6.根据权利要求1所述的圆柱齿轮的精密轧制成形方法，其特征在于，在所述步骤S6中，通过上挡板将制得的圆柱齿轮挤出。

7.一种圆柱齿轮的精密轧制成形装置，其特征在于，包括驱动辊（1）、芯辊、上挡板（4）、下挡板（5）、旋转驱动装置和直线驱动装置，所述上挡板（4）和下挡板（5）卡装在所述驱动辊（1）内部，所述驱动辊（1）的内表面为与圆柱齿轮（7）的齿形轮廓相配合的型面，所述上挡板（4）和下挡板（5）的外边缘为与驱动辊（1）的内表面的型面相配合的齿形，所述芯辊插入所述驱动辊（1）内，所述旋转驱动装置驱动所述驱动辊（1）转动，所述直线驱动装置驱动所述芯辊沿径向作直线进给运动。

8.根据权利要求7所述的圆柱齿轮的精密轧制成形装置，其特征在于，所述芯辊上设有工作部（2）和连接部（6），所述连接部（6）伸出上挡板（4）和下挡板（5），所述直线驱动装置与所述连接部（6）连接。