CN107470533B - 一种惰轮加工方法及加工组合模具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种惰轮加工方法以及加工组合模具，加工方法包括精确下料、涂防氧化涂层、无氧化感应加热、镦粗、锻造成形、冲孔、球化退火、抛丸、清洗、涂金属润滑剂以及冷整形；加工组合模具包括热精锻成形模具，热精锻成形模具包括上模部分和分体式下模部分，上模部分包括齿形上模和上压板；分体式下模部分包括下模体、齿形下模以及下顶杆；下顶杆位于齿形下模下方；下顶杆下方设置有下顶杆垫板，下模体环绕下顶杆以及下顶杆垫板；下模体上部沿周设置有平台，齿形下模与平台之间设置有下垫板；还包括环状下压板，下压板将齿形下模与下模体定心。本发明采用近净成形原理，一次锻出齿形，达到后续少加工甚至不加工。
Description
技术领域
本发明属于惰轮加工制造领域，特别涉及一种惰轮加工方法及加工组合模具。
背景技术
目前，国内倒档惰轮的生产制造大部分还是依靠传统机械切削的方式，从毛坯到成品要经过十余道工序，效率低、原材料利用率低、成本高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种惰轮加工方法及加工组合模具，采用近净成形原理，一次锻出齿形，后续少加工甚至不加工，解决传统倒档惰轮生产制造效率低、原材料利用率低、成本高的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种惰轮加工方法，包括以下步骤：
S1：将原材料采用数控锯床剪切成棒料，所述棒料的重量与成形惰轮的差别不超过2％。
S2：使用中频气氛炉将棒料加热到110℃±20℃以内，加热过程中通氮气防止棒料在炉体内氧化，然后在所述棒料表面涂防氧化涂层。
S3：使用中频气氛炉将经S2处理的所述棒料进行加热，加热温度为950℃±10℃以内；在中频炉出料端采用红外测温分选，筛选出料温在950℃±10℃之内的所述棒料。
S4：将S3所筛选出的所述棒料进行墩粗和热精锻成形。
S5：对经S4处理后的齿坯进行冲孔。
S6：对经S5处理后的齿坯进行球化退火、抛丸、清洗，并涂装金属润滑剂。
S7：对经S6处理后的齿坯进行冷精整。
在上述技术方案中，采用数控锯床下料有利于控制棒料重量，而下料重量准确是提高齿形填充效果和延长模具寿命的关键因素；本惰轮加工方法首先进行初步加热，并在棒料表面涂防氧化涂层，从而实现接下来进一步的无氧化加热，排除氧化皮对齿形精度的影响，且先进行初步加热有利于防氧化涂层的吸附，初步加热过程中通氮气能够防止齿坯在炉体中被氧化；料温最直接关系到金属力学性能，温度过高，晶相蠕变，墩粗时容易破裂，温度过低，金属流动性差，齿形不易填充，影响模具寿命，本惰轮加工方法利用红外线测温控温筛选，可以提高加工流程的自动化和智能化以及料温精确控制，有利于进一步提高接下来的齿形填充效果和延长模具寿命；之后经墩粗工序，热精锻成形，齿坯顺利顶出后冲孔、退火、抛丸、清洗、涂抹金属润滑剂，从而在冷精整过程中能够起到良好的润滑作用，最后进行冷精整。本惰轮加工方法工艺优良，下料精确，能够进行棒料无氧化加热并精确控制料温，从而能够节省材料，能够提高惰轮加工效果和加工精度以及生产效率，延长模具使用寿命。
本发明惰轮加工组合模具所采用的技术方案是：
一种用于惰轮加工的组合模具，包括用于上述的惰轮加工方法的热精锻成形模具，所述热精锻成形模具包括上模部分和分体式下模部分，所述上模部分包括齿形上模和沿所述上模上部周围设置的上压板，所述齿形上模与所述上压板之间销轴定位；所述分体式下模部分包括下模体、齿形下模以及下顶杆，所述齿形下模为环形，且其内壁连续设置有齿形结构；所述下顶杆位于所述齿形下模下方，所述下顶杆能够通过上下运动进入或者离开所述齿形下模内，所述下顶杆进入所述齿形下模后所述下顶杆外壁与所述齿形下模的齿形的齿尖之间具有一定间隙；所述下顶杆下方设置有下顶杆垫板，所述下顶杆垫板顶面设置有一圈凸台，所述下顶杆底面设置有与所述突出部，所述突出部插入所述凸台所围成区域内，所述下模体环绕所述下顶杆以及所述下顶杆垫板；所述下模体上部沿周设置有平台，所述齿形下模与所述平台之间设置有下垫板，所述齿形下模与所述下垫板通过销轴定位，所述下垫板与所述平台连接；还包括环状下压板，所述下压板内孔带锥度，所述下压板通过内孔锥度紧紧套在所述齿形下模外部并将所述齿形下模与所述下模体定心；所述上模齿形高度为12mm，所述上模部分与所述下模部分闭合后，所述齿形上模与所述齿形下模保持5mm间隙。
本发明组合模具包括热精锻成形模具，是在热模锻压机上把加热的圆棒料锻压出齿形。其中下模采用分体式结构设计，能够释放锻造压力，同时在进行产品设计更新时，仅更换齿形上、下模即可，大大减少了材料费用；下顶杆采用组合式设计，减少了下顶杆的线切割加工时间，节约材料；在齿坯锻造过程中，下顶杆垫板的缓冲作用能够防止下顶杆的碎裂，下顶杆和齿形下模之间的间隙设计既保证齿坯不会挤入同时有利于锻造过程中气体的排出，齿形得以填充饱满，并且有利于释放锻造力，防止出现卡模现象，提高模具寿命；下顶杆的结构设计使齿坯整体受力，有利于齿坯的顺利顶出的同时保证了齿形的精度；上、下模均采用整体式销轴定位，从而能够保证位置精度，使得合模顺利，同时整体式设计可修复使用，经济节能；下顶杆垫板的凸台能够起到良好的导向作用，保证顶杆顶出后顺利回落；上模齿形高度12mm，锻造过程中齿形上模与齿形下模具有5mm间隙，既保证了齿形的填充，飞边不会冒出，同时防止齿形上、下模发生卡模。
作为改进，所述齿形上模和所述齿形下模均至少在其齿形部分喷涂有石墨层。齿形上、下模的设计使得与齿坯具有较大的接触面积，喷涂石墨层后有利于齿坯顺利顶出以及延长模具使用寿命。
作为改进，所述齿形上模齿形是用齿轮电极经电火花加工而成，有利于提高齿轮加工精度和光洁度。
作为改进，该组合模具还包括用于上述的惰轮加工方法的冷精整模具，所述冷精整模具包括上模冲头、上模座、冷精整齿形模具以及下模座，所述上模冲头的垂直截面为“T”形，所述上模座绕所述上模冲头设置且其垂直截面为“L”形，所述上模冲头的水平部分紧压在所述上模座的水平部分上，且所述上模冲头水平部分的垂直外端面紧贴所述上模座的垂直部分的垂直内端面，所述上模座的垂直部分固定到冷压机滑块上，所述上模冲头的顶面与所述冷压机滑块之间填充有冲头垫板；所述冷精整齿形模具为环状，内壁连续设置有齿形结构，外壁沿周设置有凸缘；还包括冷精整齿形模具外套，所述冷精整齿形模具经深度氮化处理后与所述冷精整齿形模具外套热镶，氮化层厚度为0.1mm；所述下模座顶面上设置有环形凸台，所述冷精整齿形模具与所述冷精整齿形模具外套热镶后嵌入所述环状凸台所围城区域内；所述下模座同时被固定在冷压机下底座上；所述冷压机滑块与所述冷压机下底座之间设置有若干导向柱，每根所述导向柱包括上柱和下柱，所述上柱的上端固定到所述冷压机滑块上，且所述上柱内部开设有盲孔，孔口位于下端面；所述下柱的下端固定到所述底座上，上部有一部分进入所述盲孔内，且所述下柱能够在所述盲孔内上下运行，围绕所述下柱设置有弹簧，所述弹簧的下端固定到所述底座上，上端固定到所述上柱的下端面上，所述弹簧的外径大于所述盲孔的内径；所述底座所述上模冲头的垂直部分对准所述冷精整齿形模具的中心孔，所述冷精整齿形模具中心孔下方的下模座上还开设有与下模座外部连通的取件通道，所述冷精整齿形模具中心孔落下的齿坯落入所述取件通道中并可由所述取件通道取出。
该冷精整模具是在肘杆冷压机上把表面处理好的齿坯进行挤压，保证齿部的齿形、齿向精度；其中上模座的外形设计与上模冲头相配合，利用上模座和冲头垫板可以对上模冲头进行良好固定，并且冲头垫板能够减小冷精整过程中模具的应力集中，提高模具寿命；冷精整齿形模具与冷精整齿形模具外套热镶，能够减小锻造中模具内部应力变形，进一步提高模具寿命；齿坯放入冷精整齿形模具的导入口处，上模冲头将齿坯从冷精整齿形模具中压穿，齿坯落入取件通道中可直接取出，无需拆卸模具；导向柱结构可以稳固冷压机滑块和冷压机下底座，同时还能在上模冲头运动过程中起到良好的导向作用，从而也就能提高上模冲头对冷整形齿形模具中齿坯压穿作用的稳定性和准确性；冷精整齿形模具的结构设计能够分散冷精整过程中的应力，进一步延长模具寿命。
作为改进，所述冷整形齿形模具内壁的齿形结构自上而下5mm的高度设置有5°的锥度，以便齿坯的放入和冷精整过程中上模冲头对齿坯进行下压时进行导向。
作为改进，所述冷精整齿形模具的齿腔由计算机仿真和齿形应力分析，并由五轴高速铣上加工而成，这样制造出的冷精整齿形模具所精整出的齿轮精度高，光洁度好，具有高效节能的特点，并且有利于冷精整齿形模具分散冷精整过程中的应力，进一步延长模具寿命。
综上，本发明一种惰轮加工方法及加工组合模具，采用近净成形原理，一次锻出齿形，后续少加工甚至不加工，解决了传统倒档惰轮生产制造效率低、原材料利用率低、成本高的问题，能够保证原材料的金属流线，提高惰轮加工效果和加工精度以及齿轮的机械性能，提高生产效率，降低生产成本，延长模具使用寿命。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中热精锻成形模具的结构示意图。
图2是本发明具体实施方式中冷精整模具的结构示意图。
图3是本发明具体实施方式中冷精整齿形模具的结构示意图。
图4是图3的俯视图。
图中：1，齿形上模；2，上压板；3，齿形下模；4，下顶杆；5，下顶杆垫板；6，下模体；7，下垫板；8，下压板；9，上模冲头；10，上模座；11，冲头垫板；12，冷压机滑块；13，冷精整齿形模具；14，冷精整齿形模具外套；15，下模座；16，冷压机下底座；17，上柱；18，下柱；19，弹簧。
具体实施方式
本发明惰轮加工方法包括以下步骤：
S1：将原材料采用数控锯床剪切成棒料，有利于控制棒料重量，棒料的重量与成形惰轮的差别不超过2％。
S2：棒料表面脱碳氧化会严重影响齿形外观，导致填充不满，降低模具寿命，所以精密成形必须防止氧化皮的产生。使用中频气氛炉将棒料加热到110℃±20℃以内，加热过程中通氮气防止棒料在炉体内氧化，然后在棒料表面涂防氧化涂层，从而实现接下来进一步的无氧化加热，且先进行初步加热有利于防氧化涂层的吸附。
S3：料温最直接关系到金属力学性能，温度过高，晶相蠕变，墩粗时容易破裂，温度过低，金属流动性差，齿形不易填充，影响模具寿命。使用中频气氛炉将经S2处理的棒料进行加热，加热温度为950℃±10℃以内；在中频炉出料端采用红外测温分选，筛选出料温在950℃±10℃之内的棒料；利用红外线测温控温筛选，可以提高加工流程的自动化和智能化以及料温精确控制，有利于进一步提高接下来的齿形填充效果和延长模具寿命。
S4：将S3所筛选出的棒料进行墩粗和热精锻成形。
S5：对经S4处理后的齿坯进行冲床冲孔，连皮厚度设计为6mm，降低了冲孔力，有效预防了齿坯的变形。
S6：对经S5处理后的齿坯进行球化退火、抛丸、清洗，并涂装金属润滑剂。
S7：对经S6处理后的齿坯进行冷精整。
如图1所示，本发明的用于上述步骤S4的热精锻成形模具是在热模锻压机上把加热的圆棒料锻压出齿形。其包括上模部分和分体式下模部分，上模部分包括齿形上模1和沿上模上部周围设置的上压板2，齿形上模1与上压板2之间销轴定位；分体式下模部分包括下模体6、齿形下模3以及下顶杆4，齿形下模3为环形，且其内壁连续设置有齿形结构；下顶杆4位于齿形下模3下方，下顶杆4能够通过上下运动进入或者离开齿形下模3内，下顶杆4进入齿形下模3后下顶杆4外壁与齿形下模3的齿形的齿尖之间具有一定间隙；下顶杆4下方设置有下顶杆垫板5，下顶杆垫板5顶面设置有一圈凸台，下顶杆4底面设置有与突出部，突出部插入凸台所围成区域内，下模体6环绕下顶杆4以及下顶杆垫板5；下模体6上部沿周设置有平台，齿形下模3与平台之间设置有下垫板7，齿形下模3与下垫板7通过销轴定位，下垫板7与平台通过螺栓连接；该热精锻成形模具还包括环状下压板8，下压板8内孔带锥度，下压板8通过内孔锥度紧紧套在齿形下模3外部并将齿形下模3与下模体6自动定心；上模齿形高度为12mm，上模部分与下模部分闭合后，齿形上模1与齿形下模3保持5mm间隙，从而形成密封腔；模具高度尺寸根据压力机行程来设计，下顶杆4由进口模具材料经粗车、热处理、精车后线切割加工而成，齿形上模1齿形是用齿轮电极经电火花加工而成，齿形上模1和齿形下模3均至少在其齿形部分喷涂有石墨层。
该热精锻成形模具工作时，落下热模锻压机滑块，调整齿形上模1与齿形下模3闭合定位后，齿形上模1和上压板2固定在热模锻压机滑块上，齿形下模3和下压板8固定在热模锻压机底座上，齿坯经墩粗后在密闭型腔内成形，然后利用下顶杆4将齿坯顶出，然后进行下一步加工处理。
如图2所示，本发明的用于上述步骤S7的冷整形模具是在肘杆冷压机上把表面处理好的齿坯进行挤压，保证齿部的齿形、齿向精度。其包括上模冲头9、上模座10、冷精整齿形模具13以及下模座15，上模冲头9的垂直截面为“T”形，上模座10绕上模冲头9设置且其垂直截面为“L”形，上模冲头9的水平部分紧压在上模座10的水平部分上，且上模冲头9水平部分的垂直外端面紧贴上模座10的垂直部分的垂直内端面，上模座10的垂直部分用螺丝固定到冷压机滑块12上，上模冲头9的顶面与冷压机滑块12之间填充有冲头垫板11，通过上模座10和冲头垫板11将上模冲头9在冷压机滑块12上进行固定；冷精整齿形模具13为环状，内壁连续设置有齿形结构，外壁沿周设置有凸缘，冷整形齿形模具内壁的齿形结构自上而下5mm的高度设置有5°的锥度，如图3和图4所示；冷整形是齿形精度保证的屏障，决定齿形精度的关键是冷整形齿腔的加工精度，故该冷精整齿形模具13的齿腔由计算机仿真和齿形应力分析，并由五轴高速铣上加工而成，齿形精度保证6级；该冷精整成形模具还包括冷精整齿形模具外套14，冷精整齿形模具13经深度氮化处理后与冷精整齿形模具外套14热镶，氮化层厚度为0.1mm；下模座15顶面上设置有环形凸台，冷精整齿形模具13与冷精整齿形模具外套14热镶后嵌入环状凸台所围城区域内；下模座15同时用螺丝和压板固定在冷压机下底座16上；冷压机滑块12与冷压机下底座16之间设置有四根导向柱，每根导向柱包括上柱17和下柱18，上柱17的上端固定到冷压机滑块12上，且上柱17内部开设有盲孔，孔口位于下端面；下柱18的下端固定到底座上，上部有一部分进入盲孔内，且下柱18能够在盲孔内上下运行，围绕下柱18设置有弹簧19，弹簧19的下端固定到底座上，上端固定到上柱17的下端面上，弹簧19的外径大于盲孔的内径；当上柱17上下运动时，弹簧19压缩形变或者形变恢复，下柱18在上柱17的盲孔内上下运行；四根导向柱分别设置于冷压机下底座16的四角；底座上模冲头9的垂直部分对准冷精整齿形模具13的中心孔，冷精整齿形模具13中心孔下方的下模座15上还开设有与下模座15外部连通的取件通道，冷精整齿形模具13中心孔落下的齿坯落入取件通道中并可由取件通道取出。
该冷精整模具工作时，将处理过的齿坯放入齿形模具的导入口处，上模冲头9将工件从齿形模具中压穿，然后将工件取出。
本发明一种惰轮加工方法及加工组合模具，采用近净成形原理，一次锻出齿形，后续少加工甚至不加工，解决了传统倒档惰轮生产制造效率低、原材料利用率低、成本高的问题，能够保证原材料的金属流线，提高惰轮加工效果和加工精度以及齿轮的机械性能，提高生产效率，降低生产成本，延长模具使用寿命。采用本发明惰轮加工方法及加工组合模具后班产量可提高800-1000支，模具寿命提高3倍以上。
Claims (7)
1.一种惰轮加工方法，包括以下步骤：
S1：将原材料采用数控锯床剪切成棒料，所述棒料的重量与成形惰轮的差别不超过2%；
S2：使用中频气氛炉将棒料加热到 110℃±20℃以内，加热过程中通氮气防止棒料在炉体内氧化，然后在所述棒料表面涂防氧化涂层；
S3：使用中频气氛炉将经 S2 处理的所述棒料进行加热，加热温度为 950℃±10℃ 以内；在中频炉出料端采用红外测温分选，筛选出料温在 950℃±10℃之内的所述棒料；
S4：将 S3 所筛选出的所述棒料进行墩粗和热精锻成形；
S5：对经 S4 处理后的齿坯进行冲孔；
S6：对经 S5 处理后的齿坯进行球化退火、抛丸、清洗，并涂装金属润滑剂；
S7：对经 S6 处理后的齿坯进行冷精整。
2. 一种用于惰轮加工的组合模具，其特征在于：包括用于权利要求 1 惰轮加工方法的热精锻成形模具，所述热精锻成形模具包括上模部分和分体式下模部分，所述上模部分包括齿形上模（1）和沿所述上模上部周围设置的上压板（2），所述齿形上模（1）与所述上压板（2）之间销轴定位；所述分体式下模部分包括下模体（6）、齿形下模（3）以及下顶杆（4），所述齿形下模（3）为环形，且其内壁连续设置有齿形结构；所述下顶杆（4）位于所述齿形下模（3）下方， 所述下顶杆（4）能够通过上下运动进入或者离开所述齿形下模（3）内，所述下顶杆（4）进入所述齿形下模（3）后所述下顶杆（4）外壁与所述齿形下模（3）的齿形的齿尖之间具有一定间隙；所述下顶杆（4）下方设置有下顶杆垫板（5），所述下顶杆垫板（5）顶面设置有一圈凸台，所述下顶杆（4）底面设置有突出部，所述突出部插入所述凸台所围成区域内，所述下模体（6）环绕所述下顶杆（4）以及所述下顶杆垫板（5）；所述下模体（6）上部沿周设置有平台，所述齿形下模（3）与所述平台之间设置有下垫板（7）， 所述齿形下模（3）与所述下垫板（7）通过销轴定位，所述下垫板（7）与所述平台连接；还包括环状下压板（8），所述下压板（8）内孔带锥度，所述下压板（8）通过内孔锥度紧紧套在所述齿形下模（3）外部并将所述齿形下模（3）与所述下模体（6）定心；所述上模齿形高度为 12mm，所述上模部分与所述下模部分闭合后，所述齿形上模（1）与所述齿形下模（3）保持5mm 间隙。
3. 根据权利要求 2 所述的一种用于惰轮加工的组合模具，其特征在于：所述齿形上模（1）和所述齿形下模（3）均至少在其齿形部分喷涂有石墨层。
4. 根据权利要求 2 所述的一种用于惰轮加工的组合模具，其特征在于：所述齿形上模（1）齿形是用齿轮电极经电火花加工而成。
5. 根据权利要求 2 至 4 中任一项所述的一种用于惰轮加工的组合模具，其特征在于：还包括用于权利要求 1 惰轮加工方法的冷精整模具，所述冷精整模具包括上模冲头（9）、上模座（10）、冷精整齿形模具（13）以及下模座（15），所述上模冲头（9）的垂直截面为“T”形，所述上模座（10）绕所述上模冲头（9）设置且其垂直截面为“L”形，所述上模冲头（9）的水平部分紧压在所述上模座（10）的水平部分上，且所述上模冲头（9）水平部分的垂直外端面紧贴所述上模座（10）的垂直部分的垂直内端面，所述上模座（10）的垂直部分固定到冷压机滑块（12）上，所述上模冲头（9）的顶面与所述冷压机滑块（12）之间填充有冲头垫板（11）；所述冷精整齿形模具（13）为环状，内壁连续设置有齿形结构，外壁沿周设置有凸缘；还包括冷精整齿形模具外套 （14），所述冷精整齿形模具（13）经深度氮化处理后与所述冷精整齿形模具外套（14）热镶，氮化层厚度为 0.1mm；所述下模座（15）顶面上设置有环形凸台，所述冷精整齿形模具（13）与所述冷精整齿形模具外套（14）热镶后嵌入所述环状凸台所围城区域内；所述下模座（15）同时被固定在冷压机下底座（16）上；所述冷压机滑块（12）与所述冷压机下底座（16）之间设置有若干导向柱，每根所述导向柱包括上柱（17）和下柱（18），所述上柱（17）的上端固定到所述冷压机滑块（12）上，且所述上柱（17）内部开设有盲孔，孔口位于下端面；所述下柱（18）的下端固定到所述底座上，上部有一部分进入所述盲孔内，且所述下柱（18）能够在所述盲孔内上下运行，围绕所述下柱（18）设置有弹簧（19），所述弹簧（19）的下端固定到所述底座上，上端固定到所述上柱（17）的下端面上，所述弹簧（19）的外径大于所述盲孔的内径；所述底座所述上模冲头（9）的垂直部分对准所述冷精整齿形模具（13）的中心孔，所述冷精整齿形模具（13）中心孔下方的下模座（15）上还开设有与下模座（15）外部连通的取件通道，所述冷精整齿形模具（13）中心孔落下的齿坯落入所述取件通道中并可由所述取件通道取出。
6. 根据权利要求 5 所述的一种用于惰轮加工的组合模具，其特征在于：所述冷精整齿形模具（13）内壁的齿形结构自上而下 5mm 的高度设置有 5°的锥度。
7.根据权利要求 5 所述的一种用于惰轮加工的组合模具，其特征在于：所述冷精整齿形模具（13）的齿腔由计算机模拟加工参数并进行造型转化，并由五轴高速铣上加工而成。
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