CN103736903B - 带凸缘扁平齿轮精密成形方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
一种齿轮制造领域的带凸缘扁平齿轮精密成形方法及其装置,首先对制备齿轮的坯料进行冲孔,制成于成形过程中起分流作用的辅助中心孔,然后挤压变形获得环形槽以形成齿轮的上凸缘,进行预冲孔后进行翻边和镦粗,使得预冲孔的边缘材料转移并形成下凸缘,再利用齿圈压板精冲得到齿轮外形。本发明实现该类齿轮件的批量连续生产;同时,有效减少切削加工工序,提高材料利用率,提高生产效率与降低单件成本。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种齿轮制造领域的方法,具体是一种带凸缘扁平齿轮精密成形方法及其装置。
背景技术
齿轮是一种典型的机械传动零件,具有结构紧凑、传动比准确、传递动力大、效率高、可靠性高和寿命长等优点,在机械行业中大量使用,其中直齿圆柱齿轮是各种齿轮中应用最为广泛的一种。因此,直齿轮的精密制造工艺一直备受关注。
直齿轮一般采用三种精密成形制造方法,一种是挤压成形,即初始棒料外径大于等于齿顶圆直径,主要经过挤压变形与材料轴向流动获得齿轮件;但是,这类方法容易在挤压齿轮件的前端形成一段不饱满区域,考虑到材料利用率,适用于高度较大的齿轮件。另一种是锻造成形,即初始棒料外径小于等于齿根圆直径,主要经过镦粗变形与材料径向流动获得齿轮件;这类方法主要利用浮动模具结构与分流锻造原理,在提高齿轮充填饱满的同时降低锻造成形力,比较适用于高度较小的齿轮件。还有一种是冲压成形方法,即采用板料直接冲裁,主要通过材料分离获得齿轮件,但该类方法比较适用于片齿轮,而且相对齿形精度不易控制。
对于扁平类齿轮,上述三种方法均不宜直接应用。当然,可以通过挤压或锻造出厚度较大的精密齿轮,再分段锯切成扁平齿轮;进一步经过切削加工获得凸缘特征,形成带凸缘扁平齿轮。然而,这一制造过程必将增加加工工时、延长了生产线,提高单件成本;同时,对已经成形齿部进行大量切削,由于断续切削造成刀具冲击,严重影响刀具寿命。
经过对现有技术的检索发现,2011年2月机械设计与制造第2期公开的现代冷挤压成形技术研究与应用,对于复合挤压、复动挤压、闭塞挤压、分流挤压、控制流动挤压等多种形式,分别阐述了各种冷挤压新技术的成形原理、成形特点和基本方法,其中的闭塞挤压可应用于扁平类齿轮的制造。但是,闭塞挤压对需要精确计算坯料体积,体积偏小易导致轮齿充填不饱满,体积偏大将会使挤压力大幅度增加,实际生产中对料重需要严格控制;此外,闭塞挤压需要通过复杂的闭塞模具才能实现。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足,提供一种带凸缘扁平齿轮精密成形方法及其装置,实现该类齿轮件的批量连续生产;同时,有效减少切削加工工序,提高材料利用率,提高生产效率与降低单件成本。
本发明是通过以下技术方案实现的:
本发明涉及一种带凸缘扁平齿轮精密成形方法,首先对制备齿轮的坯料进行冲孔,制成于成形过程中起分流作用的辅助中心孔,然后挤压变形获得环形槽以形成齿轮的上凸缘,进行预冲孔后进行翻边和镦粗,使得预冲孔的边缘材料转移并形成下凸缘,再利用齿圈压板精冲得到齿轮外形。
所述的预冲孔的孔直径为其中:D4表示齿轮下凸缘的外径,D3表示齿轮中心孔的直径,h2表示齿轮下凸缘的高度,h1表示坯料的厚度;
所述的辅助中心孔的直径为D1=D2-t,t=2.0mm或3.0mm。
所述的坯料的厚度等于齿轮的齿部厚度,坯料的宽度为齿顶圆直径的1.1~1.2倍;制备坯料所用条料或者卷料,经过球化退火处理,球化率大于等于85%以保证坯料具有足够塑性变形能力。
所述的齿圈压板压力为精冲力的40%-50%。
所述的扁平类齿轮件是指齿部高度小于等于10cm的齿轮。
本发明涉及一种应用于上述方法的装置,该装置为用于翻边和镦粗的复合模具包括:上模、下模、上凹模和下凸模,其中:上模先向下运动,与下模共同压住坯料并施加10MPa-20MPa压力,下凸模向上运动进行翻边成形,然后浮动控制的上凹模向下运动,镦粗到待制齿轮下凸缘的目标高度。
所述浮动控制,是指采用独立的液压泵控制上凹模向上或向下运动。
技术效果
与挤压或锻造成形+切削加工相比,本发明具有如下优点:①该工艺省去了切削加工工序,由条料或卷料经多工步连续成形,避免了零件齿部的多道次断续切削;②避免了锻造成形的成形载荷较大现象,保障模具寿命;③该工艺通过连续模具实现,相对缩短了生产线,节省了单件工时,便于控制单件成本。此外,本发明给出了带凸缘扁平类齿轮件的一种精密成形的解决方案,适用于渐开线齿轮、矩形齿轮、梯形齿轮,甚至非圆齿轮。
附图说明
图1是实施例工艺流程图;
图中:a为冲中心孔示意图;b为挤压环形槽示意图;c为冲中心废料孔示意图;d为翻边示意图;e为精冲外形示意图1;f为精冲外形示意图2。
图2是具有浮动背压的翻边工步模具结构示意图;
图3是实施例1所述的带凸缘扁平渐开线齿轮零件图;
图中:a为正视图;b为剖视图。
图4是实施例3所述的带凸缘扁平矩形齿轮零件图;
图中:a为正视图;b为剖视图。
图5是实施例4所述的带凸缘扁平梯形齿轮零件图;
图中:a为正视图;b为剖视图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明,本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示,本实施例包括以下步骤:
第一步、坯料制备,采用条料,如图3所示,坯料厚度取渐开线齿件齿部厚度,坯料宽度为齿顶圆直径的1.2倍;所用条料需经过球化退火处理,球化率大于等于85%。
第二步、冲中心孔,该中心孔为工艺辅助孔,在下一步成形过程中起到分流孔作用。所述中心孔的直径,与预冲孔相比,单边减小1.0mm。
第三步、挤压环形槽形成上凸缘,通过挤压变形获得环形槽,挤压过程中多余金属通过径向向内流入中心孔,环形槽挤出后自然形成了齿轮件的上凸缘。
第四步、冲中心废料孔,冲掉由第三步挤压形成了废料,形成预冲孔特征为下一步翻边提供工艺辅助。所述中心废料孔,即预冲孔,翻边后内孔与预冲孔所围成的体积要稍小于所述下凸缘的体积,其直径为:
第五步、如图2所示,翻边+镦粗成形下凸缘,采用翻边+镦粗复合模具,上模1与下模4将经过第四步之后的坯料2夹紧并施加一定的压力,下凸模5向上运动进行翻边成形,然后浮动控制的上凹模3向下运动镦粗到下凸缘目标高度。
第六步、精冲齿轮外形,即利用齿圈压板精冲工艺冲出渐开线齿轮外形,形成精度良好的光洁齿面。
本方法实现了带凸缘扁平类渐开线齿轮件的精密成形,避免了零件齿部的多道次断续切削,相对缩短了生产线,节省了单件成本。
实施例2
如图2所示,应用于实施例1的装置,该装置为用于翻边和镦粗的复合模具包括:上模、下模、上凹模和下凸模,其中:上模先向下运动,与下模共同压住坯料并施加15MPa的压力,下凸模向上运动进行翻边成形,然后浮动控制的上凹模向下运动,镦粗到待制齿轮下凸缘的目标高度。
所述的浮动控制是指采用独立的液压泵控制上凹模向上或向下运动。
所述的上凹模是简单的圆环结构,便于其加工制造,是通过浮动控制单元来推动其工作。
实施例3
本实施例包括以下步骤:
第一步、坯料制备,采用条料,如图4所示,坯料厚度取矩形齿件齿部厚度,坯料宽度为齿顶圆直径的1.1倍;所用条料需经过球化退火处理,球化率大于等于85%。
第二步、冲中心孔,该中心孔为工艺辅助孔,在下一步成形过程中起到分流孔作用。所述中心孔的直径,与预冲孔相比,单边减小1.5mm。
第三步、挤压环形槽形成上凸缘,通过挤压变形获得环形槽,挤压过程中多余金属通过径向向内流入中心孔,环形槽挤出后自然形成了齿轮件的上凸缘。
第四步、冲中心废料孔,冲掉由第三步挤压形成了废料,形成预冲孔特征为下一步翻边提供工艺辅助。所述中心废料孔,即预冲孔,翻边后内孔与预冲孔所围成的体积要稍小于所述下凸缘的体积,其直径为:
第五步、如图2所示,翻边+镦粗成形下凸缘,采用翻边+镦粗复合模具,上模1与下模4将经过第四步之后的坯料2夹紧并施加一定的压力,下凸模5向上运动进行翻边成形,然后浮动控制的上凹模3向下运动镦粗到下凸缘目标高度。
第六步、精冲齿轮外形,即利用齿圈压板精冲工艺冲出渐开线齿轮外形,形成精度良好的光洁齿面。
本方法实现了带凸缘扁平类矩形齿轮件的精密成形,避免了零件齿部的多道次断续切削,相对缩短了生产线,节省了单件成本。
实施例4
本实施例包括以下步骤:
第一步、坯料制备,采用条料,如图5所示,坯料厚度取梯形齿件齿部厚度,坯料宽度为齿顶圆直径的1.15倍;所用条料需经过球化退火处理,球化率大于等于85%。
第二步、冲中心孔,该中心孔为工艺辅助孔,在下一步成形过程中起到分流孔作用。所述中心孔的直径,与预冲孔相比,单边减小1.5mm。
第三步、挤压环形槽形成上凸缘,通过挤压变形获得环形槽,挤压过程中多余金属通过径向向内流入中心孔,环形槽挤出后自然形成了齿轮件的上凸缘。
第四步、冲中心废料孔,冲掉由第三步挤压形成了废料,形成预冲孔特征为下一步翻边提供工艺辅助。所述中心废料孔,即预冲孔,翻边后内孔与预冲孔所围成的体积要稍小于所述下凸缘的体积,其直径为:
第五步、翻边+镦粗成形下凸缘,采用翻边+镦粗复合模具,上模1与下模4将经过第四步之后的坯料2夹紧并施加一定的压力,下凸模5向上运动进行翻边成形,然后浮动控制的上凹模3向下运动镦粗到下凸缘目标高度。
第六步、精冲齿轮外形,即利用齿圈压板精冲工艺冲出渐开线齿轮外形,形成精度良好的光洁齿面。
本方法实现了带凸缘扁平类梯形齿轮件的精密成形,避免了零件齿部的多道次断续切削,相对缩短了生产线,节省了单件成本。
Claims (3)
1.一种带凸缘扁平齿轮精密成形方法,其特征在于,首先对制备齿轮的坯料冲孔,制成于成形过程中起分流作用的辅助中心孔,然后挤压变形获得环形槽以形成齿轮的上凸缘;再对制备齿轮的坯料冲中心废料孔后进行翻边和镦粗,使得中心废料孔的边缘材料转移并形成下凸缘,最后利用齿圈压板精冲得到齿轮外形,其中:
中心废料孔的孔直径为其中:D4表示齿轮下凸缘的外径,D3表示齿轮中心孔的直径,h2表示齿轮下凸缘的高度,h1表示坯料的厚度;
辅助中心孔的直径为D1=D2-t,t=2.0mm或3.0mm。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征是,所述的坯料的厚度等于齿轮的齿部厚度,坯料的宽度为齿顶圆直径的1.1~1.2倍;制备坯料所用条料或者卷料,经过球化退火处理,球化率大于等于85%以保证坯料具有足够塑性变形能力。
3.一种应用于上述权利要求1或2所述方法的装置,即用于翻边和镦粗的复合模具,其特征在于,该复合模具包括:上模、下模、上凹模和下凸模,其中:上模先向下运动,与下模共同压住坯料并施加10MPa-20MPa压力,下凸模向上运动进行翻边成形,然后浮动控制的上凹模向下运动,镦粗到待制齿轮下凸缘的目标高度;
浮动控制是指采用独立的液压泵控制上凹模向上或向下运动。
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