CN103801650A

CN103801650A - 双联直齿圆柱齿轮齿形精密锻造工艺

Info

Publication number: CN103801650A
Application number: CN201210439585.8A
Authority: CN
Inventors: 杨开卫
Original assignee: SICHUAN ZHONGYOU MACHINERY CO Ltd
Current assignee: SICHUAN ZHONGYOU MACHINERY CO Ltd
Priority date: 2012-11-07
Filing date: 2012-11-07
Publication date: 2014-05-21

Abstract

“双联直齿圆柱齿轮齿形精密锻造工艺”，其技术方案的技术要点是：用锻造工艺和闭式锻造模具，制造双联直齿圆柱齿轮的两级台阶圆柱齿轮的全部齿形，锻造工艺为用圆饼毛坯一次加热，一次锻造成型全部齿形，精密模锻的锻模结构为闭塞式模膛构造，齿形凹模为上大下小的分体式构造，模具上冲头为分体式的齿形凸模，模具下冲头为齿形垫模兼作卸料模，模具用4组导柱导套导向定位。锻造工艺流程是：备料→加热→用闭塞式模膛的锻模，在无下死点的螺旋压力机或者模锻压力机上进行锻造→热锻件检验→锻件冷却→机械加工两个端面和内孔→齿轮产品渗碳热处理→齿轮产品终检验→产品包装入库。

Description

双联直齿圆柱齿轮齿形精密锻造工艺

所属技术领域

双联直齿圆柱齿轮齿形精密锻造工艺，属于机械制造行业锻造工艺技术领域。

背景技术

双联直齿圆柱齿轮在基础工业的机械行业的中，在各种齿轮传动机构中有着飞十分广泛的用途。现在国内外生产这种齿轮，几乎部是采用锻造工艺锻造齿轮毛坯，再用滚齿机或者插齿机的机械加工工艺加工制造双联直齿圆柱齿轮的齿形。这是传统的稳定的双联直齿圆柱齿轮制造工艺。但是传统的机械加工制造双联直齿圆柱齿轮制造方法，存在固有的缺陷：一是双联直齿圆柱齿轮的材料利用率低，因为机械加工齿形两个轮齿之间的金属被切削掉了，同时对于齿轮毛坯的外圆还需要留机械加工余量，所以相对于锻造齿形，需要浪费材料35％——45％，大模数齿轮的材料利用率更低；二是用机械加工工艺加工制造双联直齿圆柱齿轮齿形，由于两个轮齿之间的金属纤维被切削掉了，所以相当于锻造成型齿形的齿轮机械强度要差很多。三是生产效率很低，用机械加工工艺加工制造双联直齿圆柱齿轮齿形，以本实施例齿轮模数为4，双联直齿圆柱齿轮的大端齿轮齿数为30齿，齿厚为20mm，小端齿轮齿数为15齿，齿厚为30mm，不论是用滚齿机加工，还是用插齿机加工，都需要45分钟以上。换言之，用机械加工工艺生产制造“双联直齿圆柱齿轮齿形”的缺陷是：材料消耗定额高、综合能耗高、生产效率低、齿轮啮合强度低。

发明内容

为了克服用机械加工工艺加工制造双联直齿圆柱齿轮齿形的固有缺陷，所以创造发明了“双联直齿圆柱齿轮齿形精密锻造工艺”。具体的发明内容是：

1.双联直齿圆柱齿轮齿形精密锻造工艺，其技术方案的主要技术要点是：用锻造工艺和闭塞式模膛的锻造模具，制造双联直齿圆柱齿轮的两级台阶圆柱齿轮的全部齿形，锻造工艺为用圆饼毛坯一次加热，一次锻造成型全部齿形，精密模锻的锻模结构为闭塞式模膛构造，齿形凹模为上大下小的分体式构造，模具上冲头(12)为分体式的齿形凸模，上大下小的锻模下冲头(4)为齿形垫模兼作卸料模，模具用4组导柱导套导向定位。

2.根据第一项技术要点所述的“双联直齿圆柱齿轮齿形精密锻造工艺”其锻造工艺流程是：备料＞加热＞用闭塞式模膛的锻模，在无下死点的螺旋压力机或者模锻压力机上进行锻造＞热锻件检验＞锻件冷却＞机械加工两个端面和内孔＞齿轮产品渗碳热处理＞齿轮产品终检验＞产品包装入库。

3.根据第一项技术要点所述的“双联直齿圆柱齿轮齿形精密锻造工艺”，精密模锻的锻模结构为闭塞式模膛构造，其技术要点是：闭塞式模膛的上部是圆柱大齿轮的型腔，下部是圆柱小齿轮的型腔，它是由大小两个直齿圆柱内齿轮型腔模、直齿圆柱外齿轮为上冲头、直齿圆柱外齿轮为下冲头的下垫模共同构成双联直齿圆柱齿轮闭塞式模膛。

4.根据第一项技术要点所述的“双联直齿圆柱齿轮齿形精密锻造工艺”，齿形凹模为上大下小的分体式构造，其构造特征是：下部的型腔凹模，在安装后的工作状态是上大下小的直齿圆柱内齿轮，为了便于能够加工制造，和降低模具制造成本，沿大直径内齿轮和小直径内齿轮的分界面，分解为两个内齿轮，两个内齿轮的模数等齿形参数相同，但是齿数和齿顶圆直径不同，上部大直径的内齿轮的上部有高度大于10mm、角度大于15度的导入角，以保证齿形上冲头灵活安全的出入型腔内齿轮模，其外圆是上小下大的圆锥形，其上小下大的圆锥形的下端面有与下面的型腔凹模保证同心度的定位圆柱凸台，下面的直齿圆柱内齿轮型腔模的外圆是一个圆柱形，并且直径与圆锥形的大端直径相同，并且上部有与上型腔内齿轮模保证同心度的定位圆柱凹孔，孔直径与凸台直径相吻合，并且紧配合。

5.根据第一项技术要点所述的“双联直齿圆柱齿轮齿形精密锻造工艺”，型腔下模的位置和装配关系是：型腔下模的各个相关零件，凹模固定环(6)安装固定在下模座上，凹模固定环(6)是的外形是圆柱形，内孔是由上部的上小下大的圆锥形和下部的圆柱形构成，在圆环形的壁厚度中心、有4个以上的沉头螺杆孔。

6.根据第一项技术要点所述的“双联直齿圆柱齿轮齿形精密锻造工艺”的直齿圆柱外齿轮上冲头，其构造特征是：直齿圆柱外齿轮的模数等齿形参数和型腔凹模的齿形参数相吻合，并且以凹模为基准取大间隙配合，单边间隙0.3-0.5mm，型腔凹模内齿轮的齿顶圆直径和齿根圆直径以齿轮产品零件图为基准增大0.8％——1％，终锻温度高于900度时取上限，终锻温度低于900度取下限。

7.根据第一项技术要点所述的“双联直齿圆柱齿轮齿形精密锻造工艺”模具下冲头(4)为齿形垫模兼作卸料模，其构造特征是：下冲头(4)是模数齿数与型腔下模直齿圆柱小内齿轮的模数齿数等齿形参数相同的外齿轮，但是以直齿圆柱小内齿轮内腔为基准，取间隙配合，单边间隙0.1mm_0.3mm。

8.双联直齿圆柱齿轮齿形精密锻造工艺，实用于相同类型不同规格即不同齿轮直径，不同齿轮高度，不同齿轮参数，不同齿数的同类型的双联直齿圆柱齿轮，只要采用本发明工艺相同的锻模结构，就毫无疑问的落入本发明专利的权利要求保护的范畴。

9.模具用1组导柱导套导向定位，并且满足压力机滑块在上死点的位置时，导柱仍然在导套之中，以保证锻模工作时的运动精度，从而满足齿轮锻件的质量要求。

“双联直齿圆柱齿轮齿形精密锻造工艺”的有益效果，完全克服了用滚齿机或者插齿机的机械加工工艺加工制造双联直齿圆柱齿轮的齿形的不足和缺陷。其有益效果是：一是材料消耗定额降低40％以上；二是综合能耗降低40％以上；三是生产效率提高20倍以上；四是齿轮啮合强度大幅度提高。有利于节能减排，发展低碳经济，建设资源节约型，环境友好型社会的时代要求。

本发明工艺的技术方案的工艺路线是：

1.毛坯备料，为了避免毛坯在锻造成型变形之前产生弯曲变形，毛坯长度与直径之比小于宜小于2，所以对于本实施例而言，进入闭塞式模膛的毛坯为长度与直径之比小于1的圆饼。

2.金属毛坯加热，用锻造中频炉加热，在加热过程中不允许有过热情况发生，始锻温度控制在1100以下，炉膛不允许有可能产生“白点”情况存在，即不允许用加热过金属铜材料的炉子加热锻造毛坯。

3.锻造，用本发明工艺的闭塞式模膛的锻模，在无下死点的螺旋压力机或者模锻锤上锻造。

4.热锻件检验，热锻件检验之目的是判定锻件的齿形轮廓是否锻满，以此调节滑块的行程高度和调节设备的打击能量。

5.锻件冷却，对于齿轮的专用材料比如20CrMnTi等等，可以采用空气冷却，但是必须防止两种情况：一是防止终锻温度比较高，即大于800度时的锻后氧化，防止措施是锻好后的锻件快速隔绝空气。

附图说明

图1是双联直齿圆柱齿轮的零件图。

图2是双联直齿圆柱齿轮的锻件图。

图3是双联直齿圆柱齿轮锻造工艺流程图

图4是双联直齿圆柱齿轮的闭塞式模膛的锻模构造图。

图5是双联直齿圆柱齿轮锻模去掉上模部分后的水平视图。

图6是毛坯图。

图7是双联直齿圆柱齿轮型腔凹模。

图8是双联直齿圆柱齿轮成型上冲头。

图9是双联直齿圆柱齿轮成型下垫模。

具体实施方式

结合附图对“双联直齿圆柱齿轮齿形精密锻造工艺”进行详细描述，为了方便、准确描述，将附图中的零件编号，按照顺序列表叙述如下：

解决双联直齿圆柱齿轮齿形精密锻造工艺技术方案的技术要点是：

1.按照附图1零件图设计热锻件图，热锻件图是设计锻模模膛和计算锻件毛坯下料质量m的依据。

2.热锻件图设计，热锻件图设计需要考虑的因素有：①首先需要考虑是几次加热；②确定始锻温度和锻件出模后的终锻温度；③根据①和②确定热锻件冷却收缩率，热锻件冷却收缩率取0.8％-1.2％，终锻温度高于900度取上限，低于800度取下限；④根据零件图的粗糙度要求，确定机械加工的加工余量；全部齿形面都勿需后续机械加工，所以都勿需预留机械加工余量，但是齿顶圆和齿根圆须考虑热锻件冷却收缩量。

3.根据热锻件图计算毛坯的下料质量m，必须考虑两个因素：一是如果是开始锻造，那么必须考虑必要的飞边质量m，本发明工艺是设计的闭塞式模具结构，故不需要考虑飞边的质量m，但是，必须考虑金属的烧损火次的损消耗量。

4.根据模膛小端齿形凹模内齿轮的齿顶圆直径，在选择确定毛坯的直径，根据毛坯质量m确定毛坯高度，为了避免毛坯产生弯曲变形，毛坯长度与找直径之比应小于2，如果大于2，那么应该考虑以模膛大端型腔的内齿轮齿顶圆直径确定毛坯直径，达到毛坯长度与直径之比小于2的要求，对于本实施例而言，以大端型腔设计毛坯直径的长度与直径之比的小于1，比较理想的毛坯设计。

5.锻造始锻温度的确定，以良好的塑性流动所必须的锻造温度、以毛坯不过度氧化、以设备打击能量及选择的设备吨位、以实际的锻造比，选择确定合适的始锻温度，始锻温度上限不超过1150度为宜。

6.锻造设备的选择，需要选择无下死点的螺旋压力机(含摩擦压力机)、模锻压力机。

7.根据所以选择的设备规格，设计锻造模架的封闭高度，根据金属塑性变形的流动规律即最小阻力定律，实现良好的变形效果，设计模膛构造和整体结构。

8.毛坯加热，宜采用锻造中频炉。

9.锻造，对首件锻件进行热锻件检验，根据锻件外观质量效果，调整压力机滑块的行程高度、打击能量等参数，达到理想效果，如果需要打击第二锤，那么对于锻件的脱模卸料，只能手动操作顶料。

10.锻后冷却，如果终锻温度大于800度，那么锻件需要快速隔绝空气，可以把锻件快速埋入干炒的细砂中。

结合附图对“双联直齿圆柱齿轮齿形精密锻造工艺”详细描述如下：

图1是双联直齿圆柱齿轮的零件图，大小两个齿轮的结合面没计有退刀槽，是为了考虑适应机械加工要求而设计的。

图2是双联直齿圆柱齿轮的锻件图。它是根据零件图而设计的，由于是采用锻造工艺成型全部齿形，所以可以取消两个结合面的退刀槽，使两个齿形面直接结合。

图3是双联直齿圆柱齿轮锻造工艺是流程图，它是描述双联直齿圆柱齿轮锻造工艺流程和产品加工过程。

图1是双联直齿圆柱齿轮的闭塞式模膛的锻模构造图。图中各个编号的名称、数量、材料、处理要求等，在前面已经列表叙述。其具体的装配实施方式是：一，将型腔下垫模(5)装配入下模座(1)中之后，将双联直齿圆柱齿轮小端齿形凹模(3)装入下模座(1)中，之后将双联宜齿圆柱齿轮成形下冲头兼卸料模(4)装入型腔下垫模(5)和下模座(1)中，之后将双联直齿圆柱齿轮大端齿形凹模(2)装入双联直齿圆柱齿轮小端齿形凹模(3)中，之后将齿形型腔凹模应力圈(6)套住双联直齿圆柱齿轮大端齿形凹模(2)和双联直齿圆柱齿轮小端齿形凹模(3)并且装入下模座(1)中，之后用内六角螺栓(10)连接齿形型腔凹模应力圈(6)和下模座(1)；将导柱(9)按照图示装配关系装入下模座(1)中，至此下模部分安装完毕。二，将齿形模上冲头减料芯模(13)装入齿形模上冲头(12)中，之后将齿形模上冲头(12)装入上模座(8)中，之后将上冲头垫模(11)装入上模座(8)中，之后用内六角螺钉(15)连接上冲头垫模(11)和上模座(8)压住齿形模上冲头(12)和齿形模上冲头减料芯模(13)，之后将导套(7)装入上模座(8)，至此上模部分安装完毕。在保证双联直齿圆柱齿轮大端齿形凹模(2)和齿形模上冲头(12)良好的对中性即四周间隙均匀的前提下，将导柱(9)套入导套(7)中，至此模具整体安装完毕。模具整体安装完成后，将下模座(1)固定在压力机工作台上，之后轻轻落下压力机滑块，将上模座(8)紧固在压力机滑块下平面。开动压力机上下运动，使齿形模上冲头(12)灵活、良好进出双联直齿圆柱齿轮大端齿形凹模(2)。之后正常锻造生产双联直齿圆柱齿轮齿形。

图5是双联直齿圆柱齿轮锻模去掉上模部分后的水平视图。它表示下模座(1)的水平几何形状和4组导柱孔与齿形凹模的位置关系。

图6是毛坯图。它是按照热锻件图计算量和加热烧损量决定的。

图7是双联直齿圆柱齿轮型腔凹模。它是由大小两个内齿轮组合而成的，两个零件组合是为了方便机械加工，和降低机械加工成本。

图8是双联直齿圆柱齿轮成型上冲头。它是由齿形模上冲头(12)和齿形模上冲头减料芯模(13)组合而成，以双联直齿圆柱齿轮大端齿形凹模(2)为基准，在齿形模上冲头(12)的四周取间隙，使配合间隙单边在0.3mm-0.5mm之间。齿形模上冲头减料芯模(13)与齿形模上冲头(12)为过盈配合。

图9是双联直齿圆柱齿轮成型下垫模。它既是齿轮成型下垫模，同时又是卸料模，它与双联直齿圆柱齿轮小端齿形凹模(3)、型腔下垫模(5)、下模座(1)是间隙配合，以双联直齿圆柱齿轮小端齿形凹模(3)为基准，在双联直齿圆柱齿轮成形下冲头兼卸料模(4)的四周取间隙，保证单边间隙0.2mm-0.3mm。

推广使用本发明“双联直齿圆柱齿轮齿形精密锻造工艺”，对于机械行业齿轮制造企业而言，有利于大幅度降低原材料消耗、能源消耗、有利于大幅度降低生产成本，有利于提高企业的经济效益。社会效益是：有利于节能减排，有利于建设资源节约型、环境友好型社会。

Claims

1.双联直齿圆柱齿轮齿形精密锻造工艺，其特征是：用锻造工艺和闭式锻造模具，制造双联直齿圆柱齿轮的两级台阶圆柱齿轮的全部齿形，锻造工艺为用圆饼毛坯一次加热，一次锻造成型全部齿形，精密模锻的锻模结构为闭塞式模膛构造，齿形凹模为上大下小的分体式构造，齿形模上冲头(12)为分体式的齿形凸模，上大下小的双联直齿圆柱齿轮成形下冲头兼卸料模(4)为齿形垫模兼作卸料模，模具用4组导柱导套导向定位。

2.根据权利要求1所述的“双联直齿圆柱齿轮齿形精密锻造工艺”，其锻造工艺流程的特征是：毛坯备料→毛坯加热→用闭塞式模膛的锻模、在无下死点的螺旋压力机或者模锻压力机上进行锻造→热锻件检验→锻件冷却→机械加工两个端面和内孔→齿轮产品渗碳热处理→齿轮产品终检验→产品包装入库。

3.根据权利要求1所述的“双联直齿圆柱齿轮齿形精密锻造工艺”，精密模锻的锻模结构为闭塞式模膛构造，其特征是：闭塞式模膛的上部是圆柱大齿轮的型腔，下部是圆柱小齿轮的型腔，它是由大小两个直齿圆柱内齿轮型腔模、直齿圆柱外齿轮为上冲头、直齿圆柱外齿轮为下冲头的下垫模共同构成双联直齿圆柱齿轮闭塞式模膛。

4.根据权利要求1所述的“双联直齿圆柱齿轮齿形精密锻造工艺”，齿形凹模为上大下小的分体式构造，其特征是：其型腔凹模在安装后的工作状态是上大下小的直齿圆柱内齿轮，沿大直径内齿轮和小直径内齿轮的分界面，分解为两个内齿轮，两个内齿轮的模数等齿形参数相同，但是齿数和齿顶圆直径不同，上部大直径内齿轮的上部有高度大于10mm、角度大于15度的导入角，其外圆是上小下大的圆锥形，该上小下大的圆锥形的下端面有与下面的型腔凹模定位的圆柱凸台，下面的直齿圆柱内齿轮型腔模的外圆是一个圆柱形，并且直径与圆锥形的大端直径相同，并且上部有与上型腔内齿轮模保证同心度的定位圆柱凹孔，孔直径与凸台直径相吻合，并且紧配合。

5.根据权利要求1所述的“双联直齿圆柱齿轮齿形精密锻造工艺”，其特征是：型腔下模的各个相关零件，齿形型腔凹模应力圈(6)安装固定在下模座(1)上，齿形型腔凹模应力圈(6)的外形是圆柱形，内孔是由上部的上小下大的圆锥形和下部的圆柱形构成，在圆环形的壁厚中心、有4个以上的沉头螺杆孔。

6.根据权利要求1所述的“双联直齿圆柱齿轮齿形精密锻造工艺”的直齿圆柱外齿轮上冲头，其特征是：直齿圆柱外齿轮的模数等齿形参数和型腔凹模的齿形参数相吻合，并且以凹模为基准取大间隙配合，单边间隙0.3-0.5mm，型腔凹模内齿轮的齿顶圆直径和齿根圆直径以齿轮产品零件图为基准增大0.8％-1％，终锻温度高于900度取上限，终锻温度低于900度取下限。

7.根据权利要求1所述的“双联直齿圆柱齿轮齿形精密锻造工艺”，双联直齿圆柱齿轮成形下冲头兼卸料模(4)为齿形垫模兼作卸料模，其特征是：双联直齿圆柱齿轮成形下冲头兼卸料模(4)是模数齿数与型腔下模直齿圆柱小内齿轮的模数齿数等齿形参数相同的外齿轮，但是以直齿圆柱小内齿轮内腔为基准，取间隙配合，单边间隙0.1mm_0.3mm。

8.“双联直齿圆柱齿轮齿形精密锻造工艺”，实用于相同类型不同规格即不同齿轮直径，不同齿轮高度，不同齿轮参数，不同齿数的同类型的双联直齿圆柱齿轮，只要采用本发明工艺相同的锻模结构，就毫无疑问的落入本发明专利的权利要求保护的范畴。

9.模具用4组导柱导套导向定位，并且满足压力机滑块在上死点的位置时，导柱仍然在导套之中，以保证锻模工作时的运动精度。