CN1055132A - 伞齿轮精锻模具的加工方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于模具加工领域，根据模具在一定条件
下所具有的超塑性，利用特殊加工和设计的工艺凸模
进行超塑挤压成型，并在超塑状态下直接进行化学热
处理渗入需要元素。生产周期短，成本较电火花加工
降低50％，本发明模具精锻出的齿轮可达8级精度，
光洁度5以上。
Description
本发明是一种精密模具加工技术，主要用于伞形齿轮精锻模的加工制造。
伞齿轮精锻模是伞齿轮实现少无切削加工的关键环节。精锻模其工作部分尺寸公差测量均为微米级，精度和光洁度要求高，所锻齿轮齿面一般不再进行切削加工，因而加工难度大。现有国内外伞齿轮精锻模的加工制造一般采用“电火花”加工技术。这种方法使用一个高精度电极一次只能加工出一个低精度型腔，需要多次重复加工，电极消耗大、加工周期长，且电规准复杂，成型规律又受多种因素影响，不易掌握和推广困难。因此，到目前为止，国内大多数伞齿轮还是依靠传统的切削加工方法生产。机切加工方法工序多、周期长、生产效率低，金属纤维流线在切削加工中被切断，会造成伞齿轮的质量相对不高和数量难以上去的双重问题。
本发明的目的是为了解决上述不足，提供一种新型的应用超塑加工技术的伞齿轮精锻模制造方法。
本发明的实现依据了模具钢在一定的组织条件和变形条件下具有组织超塑性这一特点，为了使模具坯料的显微组织满足超塑挤压的要求，首先对其进行予处理，可采用快速加热循环淬火或其它方法，然后选用石墨型或玻璃型润滑剂、涂覆模具坯料的表面，起到在特定温度下润滑和保护模具的作用，减小超塑变形时的摩擦阻力。涂覆后的坯料放入超塑挤压成型装置中，在一定的温度和速率下利用组合凸模对毛坯进行一次挤压成形。由于超塑状态下原子激活能较低、活性较大，晶格内部产生大量位错和即时孔洞，具有渗透性高的特点，因而对成型后或脱模前的模具在超塑状态下直接进行化学热处理渗入所需元素，可节约能源和时间，提高模具寿命和耐磨性。本发明超塑成形过程和超塑温区为模具AC1以上20°-60℃，超塑的变形速度为0.05-30mm/分。
本发明方法所用的超塑挤压成型装置包括加热控温装置及母模。母模由组合凸模及凹模组成。其中凹模为上、下模结构，由上模、下模、顶杆、垫板组成。组合凸模包括工艺凸模;凸模固定座及凸模镶套。工艺凸模为本发明特殊加工设计的伞齿轮。它的尺寸精度是生产高质量的精锻齿轮的关键环节，因为在伞齿轮成形过程中，齿轮是由模具做出的，模具又是由工艺凸模做出的，影响复杂。归纳起来，其影响有;由温度变化引起的热胀冷缩影响，由组织相变引起的组织变化影响和由工作中热力作用而引起的热力影响。所以本发明在设计工艺凸模结构尺寸时，考虑上述三种影响，按照下述公式计算：
即：L＝L[1±（A+B+C）]
L为工艺凸模尺寸，l为要加工的齿轮零件尺寸，
A为温度系数，B为相变系数，C为热力系数。
经多次计算试验，△取值在1～12%。如齿顶高、齿根高、齿全高、齿厚依次为l（1+△），齿根园为l（1-△）。考虑到精锻模的失效情况，在计算后通常还要对齿厚和压力角适当修正，修正后压力角为α±1～2°，齿厚为S±0.20～0.4mm。
本发明具有伞齿模加工生产周期短，工序简单、成本低、寿命高、光洁度好、一次投资少等优点。电火花加工一付模具需要16～24小时，耗费2～3个高精度电极，本发明加工一套模具仅需1～4小时，一只高精度工艺母模可加工100～1000付模具。成本只占电火花加工的1/5。
下面结合附图详细说明实施例
图1为伞齿轮精锻模成型装置
图2为伞齿轮精锻模
以加工BJ-130轻型汽车行星齿轮精锻模为例。模具材料为热作模具钢3Cr2W8VA，加工方法的流程为：毛坯下料-超塑化处理-涂保护润滑剂-装入加热炉中加热到所需温度并保温-按照一定应变速率进行超塑成形-直接进行化学热处理渗入需要元素。毛坯下料后的超塑化处理是在Ac1以上30～50℃循环淬火3次。成型装置（见图1），包括加热炉（1）和母模，母模由组合凸模及凹模组成，凹模由上模（2）、下模（3）、顶杆（5）、垫板（4）组成。组合凸模包括工艺凸模（6）凸模固定座（8）及凸模镶套（7），加热炉的下部用冷却板固定。工艺凸模采用镍基高温合金，（211合金）它是经过真空精铸（真空度为10-1托-10-3托），后直接磨削加工制成的，其表面粗糙度可达0.2～0.8um，尺寸精度为4级精度齿轮，其齿形齿向误差均小于0.01mm。其结构尺寸设计按照L＝l（1±△）公式计算：
L是工艺凸模尺寸，l是制件尺寸，△取值8%。
成型装置置于压力机工作台上，凹模放入加热炉中。将涂好润滑剂的伞齿轮精锻模具毛坯（9）放在加热炉中，加热到790～810℃并保温30～60分钟。启动压力机，使工艺凸模以0.05～3mm/分的速度等温挤压毛坯，直至成形出伞齿轮精锻模。然后渗入化学C、N、B复合渗剂。将复合渗剂直接加入已塑好的型腔中，加满为止。在超塑温度下保温1小时左右。最后用顶杆将模具顶出。
采用本发明加工的模具，其精度可达6-7级，光洁度为 6～ 7。用此模具精锻出的齿轮可达8级精度，光洁度 5以上。
Claims (4)
1、一种加工伞齿轮精锻模具的方法，对模具坯料进行超塑化处理后，表面涂复润滑剂，在挤压成形装置中进行超塑等温挤压成形，其特征是：润滑剂采用石墨型或玻璃型；超塑等温挤压过程中，超塑温区Ti为模具AC1以上20～60℃，超塑的变形速度为0.05-3mm/分；成型后或脱模前的模具直接在超塑状态下进行化学热处理渗入需要元素。
2、一种用于上述方法的挤压成型装置，由加热控温装置及母模组成，其特征是：母模由组合凸模及凹模组成，其中，凹模为上下模结构，由上模（2）、下模（3）、顶杆（5）及垫板（4）组成，组合凸模包括工艺凸模（6），凸模固定座（8）及凸模镶套（7）组成，工艺凸模为特殊加工的伞齿轮。
3、按照权利要求2所述装置，其特征是：工艺凸模是采用真空精铸后直接磨削而成，其表面粗糙度为0.2～0.8um，尺寸精度为（5～4）级精度齿轮，齿形、齿向误差小于0.005～0.01mm。
4、按照权利要求2所述装置，其特征是，工艺凸模的材料采用高温镍基合金，其齿轮结构尺寸大于制件尺寸1～12%。
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