CN103111483A - 大模数直齿圆柱齿轮冷挤压工艺及其专用模具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大模数直齿圆柱齿轮冷挤压工艺，主要步骤如下:对坯料进行剪切或锯切下料；整形处理；反挤深孔处理及冲底处理成形出空心坯料，然后进行预成形冷挤齿处理工序和精成形冷挤齿处理工序，在该两工序之间采用等温正火或退火工艺处理及润滑处理。本发明与现有技术相比具有以下优点：传统成形工艺加工出的该类齿轮，后续需进行磨齿、剃齿或珩齿加工才能达到精度要求，而采用本发明所述工艺生产出的直齿圆柱齿轮，齿形精度和齿向精度能达到9-10级，齿面无需后续机械加工；本发明所述工艺工序简单，效率高，无需采用加热工艺，能够大大降低能耗；模具寿命能达到十万次以上，成本得到大大降低。
Description
技术领域
本发明属于冷锻精密成形技术领域，涉及齿轮冷挤压工艺，尤其涉及一种大模数直齿圆柱齿轮的冷挤压工艺及其专用模具。
背景技术
现有技术中，大模数直齿圆柱齿轮的传统锻造成形工艺主要有三种：（1）镦挤成形工艺，是指在凸模轴向力作用下，金属坯料在凹模型腔内受到镦压发生镦粗变形，径向上金属流向四周，逐步充满齿形型腔。该工艺成形载荷极大，且上、下端面角隅难充满，齿根部分易产生微裂纹，模具寿命低；（2）正挤成形工艺，是指在挤压凸模的作用下，圆柱体金属坯料受到挤压从凹模型腔中挤出，从而获得所需的齿轮。该工艺目前仅能应用于小直径、小模数直齿圆柱齿轮的精锻成形，挤压端需留有连皮余量。（3）分流成形工艺，是指在坯料与模具组成的闭合锻造型腔内的某个部位开设一个金属的分流通道（分流腔），实现减压分流的目的，从而使得锻件更易于成形。该工艺中的分流孔或分流轴的直径尺寸对齿形成形有较大影响，材料利用率不高。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种大模数直齿圆柱齿轮冷挤压工艺，制作出模数大于等于4的直齿圆柱齿轮，满足使用需求。本发明的另一目的是提供一种大模数直齿圆柱齿轮冷挤压工艺的专用模具。
技术方案：为了实现以上目的，本发明采用的技术方案如下：
先对坯料进行预处理、整形处理、反挤深孔处理及冲底处理成形出空心坯料，然后对空心坯料进行预成形冷挤齿处理和精成形冷挤齿处理，制作出模数大于等于4的直齿圆柱齿轮，其中，在预成形冷挤齿处理和精成形冷挤齿处理两工序之间采用等温正火或退火工艺处理和润滑处理。
包括以下步骤：
（1）对坯料依次进行下料、720℃-800℃退火、抛丸、磷化和润滑处理；
（2）整形处理，控制端面与轴线的垂直度公差在0.10mm以内，控制两端面的平行度公差在0.05mm以内；
（3）反挤深孔处理，控制深孔尺寸公差在±0.10mm以内；
（4）冲底处理成形为空心坯料，控制连皮厚度小于8mm；
（5）依次进行720℃-800℃退火、抛丸、磷化及润滑处理；
（6）预成形冷挤齿处理，齿形断面缩减率为20%～30%；
（7）等温正火或退火处理，温度为750℃-850℃；
（8）抛丸、磷化及润滑处理；
（9）精成形冷挤齿处理，齿形断面缩减率为2～8%，齿形齿向精度达到DIN 9-10级。
所述的润滑处理为皂化处理或者采用高分子润滑剂进行处理，其中所述的高分子润滑剂可以是冷挤压润滑剂，市面均有售。
所述的专用模具为预成形冷挤齿处理和精成形冷挤齿处理采用，模具均由上模芯料桶部分和下模芯齿形部分组成，其中，上模芯料桶部分由上模芯（1）和设于所述上模芯（1）外的预应力外圈（2）组成；下模芯齿形部分由齿形下模芯（4）、设于该齿形下模芯（4）外面的下模芯应力内圈（5）及设于所述下模芯应力内圈（5）外面的下模芯应力外圈（6）组成。
所述的上模芯（1）与预应力外圈（2）之间采用0.4%-0.7%的过盈量；所述的该齿形下模芯（4）与下模芯应力内圈（5）、下模芯应力内圈（5）与下模芯应力外圈（6）、下模芯应力外圈（6）与上模芯预应力外圈（2）之间均采用0.3%-0.7%的过盈量。
有益效果：本发明与现有技术相比具有以下优点：传统成形工艺加工出的该类齿轮，后续需进行磨齿、剃齿或珩齿加工才能达到精度要求，而采用本发明所述工艺生产出的直齿圆柱齿轮，齿形精度和齿向精度能达到9-10级，齿面无需后续机械加工；本发明所述工艺工序简单，效率高，无需采用加热工艺，能够大大降低能耗；模具寿命能达到十万次以上，成本得到大大降低。
附图说明
图1 为大模数直齿圆柱齿轮的产品的主视图；
图2为大模数直齿圆柱齿轮的产品的剖视图；
图3为大模数直齿圆柱齿轮的工艺流程图；
图4为预成形和精成形冷挤齿处理工序中的模具的结构示意图；
图5为预成形和精成形冷挤齿处理工序所用模架的结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同变换或修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1：
如图1、图2所示，本发明所生产的直齿圆柱齿轮模数大于等于4，中心孔
部留一定余量以便后续机加工，齿形精度要求达到DIN 9级及以上。
本实施例提供的大模数直齿圆柱齿轮冷挤压工艺，主要包括以下步骤：
（1）对坯料依次进行下料、750℃退火、抛丸、磷化和润滑处理；
（2）整形处理，控制端面与轴线的垂直度公差在0.10mm以内，控制两端面的平行度公差在0.05mm以内；
（3）反挤深孔处理，控制深孔尺寸公差在±0.10mm以内；
（4）冲底处理成形为空心坯料，控制连皮厚度小于8mm；
（5）依次进行720℃-800℃退火、抛丸、磷化及润滑处理；
（6）预成形冷挤齿处理，齿形断面缩减率为20-30%；
（7）等温正火或退火处理，温度为750-850℃；
（8）抛丸、磷化及润滑处理；
（9）精成形冷挤齿处理，齿形断面缩减率为2-8%，齿形齿向精度达到DIN 9-10级。
如图3所示，为本发明所涉及的主要工序简图，整形处理、反挤深孔处理及冲底处理工序是为了成形出空心坯料，主要特征在于预成形冷挤齿处理工序和精成形冷挤齿处理工序，在该两工序之间需采用等温正火工艺处理及润滑处理。
如附图4所示，预成形冷挤齿处理和精成形冷挤齿处理所用模具结构均为整体式结构，将其称为整体式凹模7，由上模芯料桶部分和下模芯齿形部分组成。上模芯料桶部分由上模芯1和设于其外的预应力外圈2组成；上模芯1采用冷作模具钢材料制成，预应力外圈2采用H13制成，上模芯1与预应力外圈2之间采用0.5%（在0.4%-0.7%范围内均可）的过盈量配合，上模芯1用于对坯料3的定位，预应力外圈2主要起紧固预紧的作用。下模芯齿形部分为组合三层应力套结构，由齿形下模芯4、设于该齿形下模芯4外面的下模芯应力内圈5及设于该下模芯应力内圈5外面的下模芯应力外圈6组成，其中，齿形下模芯4采用硬质合金材料制成，其设有5mm的齿形挤压带，齿形挤压带与上模芯料桶部分有15度倒角过渡，齿形挤压带的下部为透空区域，间距约为单边0.05mm-0.15mm，主要起降低挤压力的作用。齿形下模芯4与下模芯应力内圈5、下模芯应力内圈5与下模芯应力外圈6、下模芯应力外圈6与上模芯应力外圈2均采用0.5%（在0.3%-0.7%范围内均可）的过盈量配合。预成形冷挤齿处理工序和精成形冷挤齿处理工序所用模具结构一致，在更换工序时，只需更换齿形下模芯4即可。
如图5、图6所示，为预成形冷挤齿处理和精成形冷挤齿处理所用模架系统，其中，预成形冷挤齿处理过程如下：在初始状态，将空心圆柱坯料（B）定位于整体式凹模7中的上模芯料桶处，其中，第一冲头套11与第二冲头套12、第二冲头套12与冲头13采取间隙配合并通过冲头13及第二冲头套12上端的台阶进行固定，第一冲头套11固定在压力机的上砧板处。整体式凹模7置于第一垫块8上，第一垫块8置于第二垫块9上端面，螺纹压块10通过整体式凹模7的台阶压紧，并与第三垫块14进行螺纹连接固定，第二垫块9通过T形螺栓与压力机下砧板15的T形槽进行连接固定。当压力机运作时，第一冲头套11、第二冲头套12及冲头13不断向下运动，直至第二冲头套12的下端面贴合空心圆柱坯料3的上端面，再通过压力机施加压力，使得空心圆柱坯料（B）通过整体式凹模7中的挤压工作带，从而完成预成形冷挤齿处理过程，齿形断面缩减率为20-30%，齿形齿向精度达到DIN 9级。经过上述步骤（7）等温正火或退火处理和步骤（8）抛丸、磷化及润滑处理后，更换齿形下模芯4，再同上述操作过程进行精成形冷挤齿处理，齿形断面缩减率为2-8%，齿形齿向精度达到DIN 10级。
Claims (5)
1.一种大模数直齿圆柱齿轮冷挤压工艺，其特征在于：先对坯料进行预处理、整形处理、反挤深孔处理及冲底处理成形出空心坯料，然后对空心坯料进行预成形冷挤齿处理和精成形冷挤齿处理，制作出模数大于等于4的直齿圆柱齿轮，其中，在预成形冷挤齿处理和精成形冷挤齿处理两工序之间采用等温正火或退火工艺处理和润滑处理。
2.根据权利要求1所述的大模数直齿圆柱齿轮冷挤压工艺，其特征在于：包括以下步骤：
（1）对坯料依次进行下料、720℃-800℃退火、抛丸、磷化和润滑处理；
（2）整形处理，控制端面与轴线的垂直度公差在0.10mm以内，控制两端面的平行度公差在0.05mm以内；
（3）反挤深孔处理，控制深孔尺寸公差在±0.10mm以内；
（4）冲底处理成形为空心坯料，控制连皮厚度小于8mm；
（5）依次进行720℃-800℃退火、抛丸、磷化及润滑处理；
（6）预成形冷挤齿处理，齿形断面缩减率为20%～30%；
（7）等温正火或退火处理，温度为750℃-850℃；
（8）抛丸、磷化及润滑处理；
（9）精成形冷挤齿处理，齿形断面缩减率为2～8%，齿形齿向精度达到DIN 9-10级。
3.根据权利要求1所述的大模数直齿圆柱齿轮冷挤压工艺，其特征在于：所述的润滑处理为皂化处理或者采用高分子润滑剂进行处理。
4.根据权利要求1所述的大模数直齿圆柱齿轮冷挤压工艺的专用模具，其特征在于：所述的专用模具为预成形冷挤齿处理和精成形冷挤齿处理采用，模具均由上模芯料桶部分和下模芯齿形部分组成，其中，上模芯料桶部分由上模芯（1）和设于所述上模芯（1）外的预应力外圈（2）组成；下模芯齿形部分由齿形下模芯（4）、设于该齿形下模芯（4）外面的下模芯应力内圈（5）及设于所述下模芯应力内圈（5）外面的下模芯应力外圈（6）组成。
5.根据权利要求4所述的大模数直齿圆柱齿轮冷挤压工艺，其特征在于：所述的上模芯（1）与预应力外圈（2）之间采用0.4%-0.7%的过盈量；所述的该齿形下模芯（4）与下模芯应力内圈（5）、下模芯应力内圈（5）与下模芯应力外圈（6）、下模芯应力外圈（6）与上模芯预应力外圈（2）之间均采用0.3%-0.7%的过盈量。
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