CN108817875A - 一种锥齿轮的生产方法和生产系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锥齿轮的生产方法和生产系统，属于锥齿轮生产技术领域。方法包括以下步骤：(1)制备符合要求的料段；(2)在加热装置中将料段加热至1150‑1180℃；(3)在制坯摆碾装置上将加热后的料段碾成料饼；(4)在料饼中部通过制坯摆碾装置碾压中心锥槽并碾压至预定厚度；(5)在中心锥槽上通过冲孔装置冲出通孔；(6)通过扩环装置进行扩环得到环形坯件；(7)通过成型摆碾装置将环形坯件碾压成型得到产品坯件；(8)产品坯件经过热处理和表面处理得到成品。该方法可以得到精度更高、重量更轻、产品质量更好和车削余量更小的产品，节约了成本。

Description

一种锥齿轮的生产方法和生产系统

技术领域

本发明属于锥齿轮生产领域，特别涉及一种锥齿轮的生产方法和生产系统。

背景技术

锥齿轮广泛应用于汽车、工程机械等领域。传统的加工方法采用专用的铣齿机来加工齿形，效率低，材料利用率低，导致锥齿轮的加工成本一直较高，而且锥齿轮的加工精度较难满足动力传动的需要，不同批次的产品之间质量稳定性较差。理论上可以采用锻造方法来制备锥齿轮（毛坯），在相关学术研究上也有一些简略介绍。

如申请号为CN201110147643.5的专利公开了一种弧齿锥齿轮精锻成型制造方法，包括如下步骤：

(1)按照工艺设计要求准备原材料，将原材料磨削表面、探伤检查裂纹后，锯成料段，去除不符合要求的料段；

(2)将料段加热至1150-1180℃ ；

(3)在压力机上将料段墩粗，冲孔，再经碾环机扩环，得到一个圆环状毛坯；

(4)将圆环状毛坯设置在多工位热模锻压力机上，在预锻模内预锻成型，得到具有预锻齿形的预锻毛坯；预锻模的齿形弧齿螺旋角β比终锻模的齿形弧齿螺旋角小8-12°；

(5)将预锻毛坯设置在多工位热模锻压力机上，在终锻模内终锻成型；所述的扩环、预锻和终锻都在高温下进行，采取一火连续锻造方式进行；

(6)经球化退火处理后，表面喷砂清理，再经表面磷化皂化；

(7)最后，在液压机上，在常温状态下精整齿形，以提高齿形精度。

申请人在采用上述方法生产锥齿轮时发现以下四个问题：

一、压力机墩粗和多工位热模锻压力机的能耗较高；

二、产品精度一般，同轴度偏差在1.0mm以上，厚度偏差在1.5mm以上，车削余量在单边3mm左右；

三、表面粗糙度较大，表面平面度通常在2.5mm左右；

四、毛边较多，并且由于精度一般，精加工同样的产品需要更大的重量。

发明内容

本发明的目的之一为提供一种锥齿轮的生产方法，该方法可以得到精度更高、重量更轻、产品质量更好和车削余量更小的产品，节约了成本；本发明的目的之二为提供一种锥齿轮的生产系统，该系统在得到更好的产品的基础上，更节能、成本更低、更易后续加工。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种锥齿轮的生产方法，该包括以下步骤：

(1)制备符合要求的料段；

(2)在加热装置中将料段加热至1150-1180℃；

(3)在制坯摆碾装置上将加热后的料段碾成料饼；

(4)在料饼中部通过制坯摆碾装置碾压中心锥槽并碾压至预定厚度；

(5)在中心锥槽上通过冲孔装置冲出通孔；

(6)通过扩环装置进行扩环得到环形坯件；

(7)通过成型摆碾装置将环形坯件碾压成型得到产品坯件；

(8)产品坯件经过热处理和表面处理得到成品。

具体地，本发明实施例中的制坯摆碾装置为300T摆碾机，所述成型摆碾装置为800T摆碾机。

其中，在步骤(4)中，中心锥槽的锥度为8-12°，预定厚度为比成品厚度小3-5mm。

其中，在步骤(5)中，通孔直径为110-120mm。

其中，在步骤(6)中，环形坯件的内径大于成品内径8-12mm，其外径小于成品外径8-12mm。

其中，在步骤(7)中，所述成型摆碾装置上模的摆动角为2±0.2°，所述成型摆碾装置上的成型模腔的尺寸大小为成品尺寸的1.008-1.013倍。

其中，在步骤(8)中，所述热处理工序包括：

先在加热炉中，将产品坯件于790℃-960℃条件下加热保温3-5小时；然后风冷5-8分钟；再在保温炉中，于530-570℃条件下保温3-5小时；最后空冷至室温。

进一步地，在步骤(8)中，所述热处理工序包括：在加热炉中，按照800±10℃、930±10℃、50±10℃和860±10℃的升温顺序将产品加热。

优选地，本发明提供的方法包括以下步骤：

(1)制备符合要求的料段；

(2)在加热装置中将料段加热至1150-1180℃；

(3)在制坯摆碾装置上将加热后的料段碾成料饼；

(4)在料饼中部通过制坯摆碾装置碾压中心锥槽并碾压至比成品厚度小3-5mm；

(5)在中心锥槽上通过冲孔装置冲出通孔；

(6)通过扩环装置进行扩环得到环形坯件，环形坯件的内径大于成品内径8-12mm，其外径小于成品外径8-12mm；

(7)通过成型摆碾装置将环形坯件碾压成型得到产品坯件，所述成型摆碾装置上模的摆动角为2±0.2°，所述成型摆碾装置的成型模腔的尺寸大小为成品尺寸的1.008-1.013倍；

(8)先在加热炉中，将产品坯件于790℃-960℃条件下加热保温3-5小时；然后风冷5-8分钟；再在保温炉中，于530-570℃条件下保温3-5小时；最后空冷至室温;

(9)通过抛丸处理得到成品。

另一方面，本发明还提供了一种锥齿轮的生产系统，该系统包括依次设置的料段制备装置、加热装置、制坯摆碾装置、冲孔装置、扩环装置、成型摆碾装置和后处理装置；

所述制坯摆碾装置包括锥台状的中心锥槽冲模和外缘向下翻边的圆形上模板；

所述成型摆碾装置包括由上之下依次设置的上模、下模和模垫，所述上模和下模相对设置，所述下模的底部设有模垫，所述上模、下模与模垫组成的成型模腔与产品的外形一致；所述模垫中心凹设有定位孔，所述上模下端设有与定位孔配合的定位轴。

本发明提供的技术具有如下有益效果：

1、摆碾力只有传统锻造的5%-20%，同时摆碾机模具具有结构简单、换模方便和模具寿命长等优点；而通过摆碾机加工后，零件有较好的金属流线性，不仅对产品的生产率有所提高，节材节能，而且还提高了齿轮质量，延长了齿轮服役寿命，增加了齿轮技术附加值。

2、采用本发明提供的工艺得到的产品可以保证同轴度偏差控制在0.5mm之内，厚度偏差控制在1mm之内，车削余量可控制单边1.5mm，表面平面度在1.0-1.5mm，精度非常高。

3、得到的产品毛边更少、精度更高，精度的保证以及去除了原生产工艺带来的毛刺飞边经测算，根据不同规格型号的产品大小每件节约材料约6-9%（重量）。

4、另由摆辗机精锻出来的齿轮产品，因为其顺时针环形摆动的碾压方式，与尺寸产品后期切齿加工的旋转方向同步，故部分上保证了在切齿后金属流线的尽可能完整的保存。

附图说明

图1是料段的结构示意图；

图2是料饼的结构示意图；

图3是冲中心锥槽的料饼的结构示意图；

图4是冲通孔的料饼的结构示意图；

图5是环形坯件的结构示意图；

图6是成品的结构示意图；

图7是制坯摆碾装置的上模的结构示意图；

图8是制坯摆碾装置的冲头的结构示意图；

图9是制坯摆碾装置的上模板的结构示意图；

图10是扩环装置的部分结构示意图；

图11是成型摆碾装置的结构示意图；

图12是锥齿轮的生产系统的流程框图。

图中：1上模板、2冲头、3环形坯件、4扩环装置、5模座、6定位垫、7下模压圈、8下模、9模垫、10上模托盘、11上模、12定位轴、13定位孔、14成品、15顶杆。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

实施例1

实施例1提供了一种锥齿轮的生产方法，该方法包括以下步骤：

(1)制备符合要求的料段，通常采用预定大小的圆钢切割至预定长度。

(2)在加热装置（具体为中频感应加热炉）中将料段加热至1150-1180℃.

(3)在制坯摆碾装置（具体为300T摆碾机及相应的模具）上将加热后的料段碾成料饼。

(4)在料饼上侧中部通过制坯摆碾装置碾压中心锥槽并碾压至预定厚度，中心锥槽沿竖向设置，其上开口为敞口。

(5)在中心锥槽上通过冲孔装置（具体为冲孔油压机）冲出通孔，通孔的直径小于等于中心锥槽底部的直径。

(6)通过扩环装置（具体为扩孔机及相应的模具）进行扩环得到环形坯件。

(7)通过成型摆碾装置（具体为800T摆碾机及相应的模具）将环形坯件碾压成型得到产品坯件。

(8)产品坯件经过热处理（包括加热炉、冷却池和保温炉等进行处理）和表面处理（具体为抛丸处理）得到成品。

其中，步骤(3)-(7)均趁热尽快处理。

另外，在步骤(4)和步骤(5)之间可设置去氧化皮工序，使产品的精度更高。

具体地，本发明实施例中的制坯摆碾装置为300T摆碾机；成型摆碾装置为800T摆碾机，其总电力消耗为194KW左右，较常规的成型装置的能耗小得多。

其中，在步骤(4)中，中心锥槽的锥度为8-12°，具体可以为10°；中心锥槽底部与料饼底面之间的距离为10mm左右（连皮）；预定厚度为比成品厚度小3-5mm。

其中，在步骤(5)中，通孔直径为110-120mm；具体为Ф114±1mm，不仅节省材料（孔冲的越小，落料越少，则更省料）又能够满足扩孔工序的芯轴的直径更粗能够达到扩辗时的强度（此孔是套在扩孔工序芯轴上的，所以孔小芯轴大则套不上去）。

其中，在步骤(6)中，环形坯件的内径大于成品内径8-12mm，具体可以为10mm；其外径小于成品外径8-12mm，具体可以为10mm。

其中，在步骤(7)中，成型摆碾装置上模的摆动角为2±0.2°，相应地，模腔设置相应的摆动余量；进一步地，考虑冷缩量，成型摆碾装置的成型模腔的尺寸大小（主要为径向）为成品尺寸的1.008-1.013倍。

其中，在步骤(8)中，热处理工序包括：

先在加热炉中，将产品坯件于790℃-960℃条件下加热保温3-5小时；然后风冷5-8分钟；再在保温炉中，于530-570℃条件下保温3-5小时；最后空冷至室温。

进一步地，在步骤(8)中，热处理工序包括：在加热炉中，按照800±10℃，930±10℃，950±10℃，860±10℃的升温顺序将产品加热。

在成型摆碾装置中上模中线与摆碾机主轴中心线相交α角（摆角），当主轴旋转时，上模又绕主轴做运动轨迹，与此同时，在油缸作用下对胚料施压，这样上模母线在胚料表面连续不断地滚压，使胚料表面由连续的局部塑形性变形而达到整型的目的，从而得到所需形状和尺寸的从动锥齿轮毛坯件。在本专利中，为了提高产品质量，采用热锻与温精压成型相结合的成型工艺，结合滚动摆碾工艺不仅提高了齿轮毛坯精度及强度，产品尺寸精度高，减少了后续切削加工余量，降低了生产成本；并且能够改善锻造毛坯的组织性能，有效的保证了良好零件的完整性，有了完整的金属流线，就有了增强锥形齿强度的金属结构基层，这就大大提高了齿的强度，从而改进并提高了产品品质。

实施例2

实施例2提供了一种锥齿轮的生产方法，该包括以下步骤：

S101:根据不同型号的产品对材料牌号的要求选取材料，按照工艺文件参数要求将料段锯段。

S102:在中频炉感应加热炉上将料段加热至1150℃到1180℃范围内。

S103:将加热后的料段放置在300T摆辗机下模中心部位，通过上模板将料段碾压成料饼。

S104:不移动料饼，放置锥形的冲头在料饼中心位置冲中心锥槽(在模具设计上考虑到凹坑的成型容易程度，以及凸模的脱模设计了10°左右的拔模锥度，深度考虑到连皮最薄最节省材料和降低凸模的损耗，设计连皮在10mm左右)，再次下压，控制厚度为比成品小3-5mm保证压坑后的连皮厚度。

参见图7-9，上模板1和冲头2做成分体结构，首先用上模板1将料段压制为料饼，然后再将冲头2放在料饼中间位置再次压制将料饼压坑，并控制厚度。此结构有效的解决了连体式在压制过程中容易出现由于料段外圆翻起和料段外圆连接时产生的折叠现象。

S105:将中间压槽后的料饼放置在冲孔油压机工位上，在压槽的位置冲出通孔，保证通孔尺寸为Ф11±1mm。

S106:将冲通孔后的坯料放置在扩孔机的工位模具上，将坯料扩孔，保证扩孔后的环件外径小于成品外径10mm，内径大于成品内径10mm。

S107:把扩孔后的环形坯件放置在800T摆碾机的成型模腔的中间位置，保证环件坯件落入模具凹槽，避免其卡在模芯位置，将其压制成型。上模考虑了摆碾机的2°摆碾角，在模具直径上面全部设计了摆碾角度，在摆动模具及结构图中的模具的成型部位减少2°以抵消设备的摆动角。同时，考虑产品环形的内孔和外圆的同心度的不足，在上模下端设计定位轴，在下模垫的中间部位设计定位孔，在产品成型时，上下模需配合在一块，定位轴套配合在一起，起到了对产品的直接定位作用，有效的解决了产品在成型过程中的同轴度问题。摆辗角度是在模具设计时考虑的因素；模腔尺寸可根据成品尺寸乘以大约1.011（结合摆碾角和冷缩量）计算得来的。

S108:将压制成型的产品在连续等温炉里进行等温正火，具体为：首先将产品整齐码放在炉盘中间，根据不同型号的产品大小不同，保证每盘控制在200Kg左右；产品进入加热区按照800±10℃、930±10℃、950±10℃和860±10℃的升温顺序将产品加热并保温4小时；然后进入冷却池，风冷7分钟；最后进入保温炉，在550±20℃的范围内保温4小时然后出炉空冷至室温。

S109:最后将空冷后的产品进行抛丸处理。

具体地，以153系产品为例（外径435mm左右）,在同样的后加工尺寸精度要求下，采用常规方法得到的产品重量为38.0kg，而采用本发明提供的方法得到的产品为35.1kg，成品重量小2.9kg，经计算轻7.63%；另外，对于原料来说，采用常规方法需要使用39.5kg的料段，而采用本方法仅需要36.3kg的料段，少需要8.1%的原料成本。

实施例3

实施例3提供了一种锥齿轮的生产系统，参见图12，该系统包括依次设置的料段制备装置、加热装置、制坯摆碾装置、冲孔装置、扩环装置、成型摆碾装置和后处理装置等。

其中，料段制备装置具体可以为锯床。

其中，加热装置具体可以为中频感应加热炉。

其中，参见图7-9，制坯摆碾装置包括摆碾机（300T）及其上的锥台状的冲头2和外缘向下翻边的上模板1（圆形），冲头2和上模板1构成上模，上模板1的尺寸与产品对应；冲头2和上模板1设计为分体式结构，冲头2的锥度为8-12°，上模板1的翻边角度不做要求。

其中，冲孔装置具体为液压冲孔机。

其中，扩环装置为常规的扩环机。

其中，后处理装置包括加热炉、冷却池、保温炉和抛丸机等。

其中，参见图11，成型摆碾装置包括摆碾机（800T）及其上由上之下依次设置的上模11、下模8和模垫9，上模11和下模8相对设置，下模8的底部设有模垫9，上模11设于上模托盘10（环状）上，上模托盘10设于摆碾机的驱动轴上，下模8设于下模压圈7（环状，内圆具有一定锥度）上，下模8和模垫9均设于定位垫6的圆形孔中，定位垫6（中心设有圆形槽）设于摆碾机的模座5上，下模压圈7与模座5之间通过螺栓固定。上模、下模与模垫组成的成型模腔与成品14的外形一致（需要考虑摆碾角度和冷缩量）。模垫9中心凹设有定位孔13（沿竖向设置的圆孔，同时与成品14同心），上模11下端中心设有与定位孔13配合的定位轴12。模座5和定位垫6上穿设有顶杆15可将模垫9顶出，进而将成品14顶出。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锥齿轮的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备符合要求的料段；

(2)在加热装置中将料段加热至1150-1180℃；

(3)在制坯摆碾装置上将加热后的料段碾成料饼；

(4)在料饼中部通过制坯摆碾装置碾压中心锥槽并碾压至预定厚度；

(5)在中心锥槽上通过冲孔装置冲出通孔；

(6)通过扩环装置进行扩环得到环形坯件；

(7)通过成型摆碾装置将环形坯件碾压成型得到产品坯件；

(8)产品坯件经过热处理和表面处理得到成品。

2.根据权利要求1所述的锥齿轮的生产方法，其特征在于，所述制坯摆碾装置为300T摆碾机，所述成型摆碾装置为800T摆碾机。

3.根据权利要求1所述的锥齿轮的生产方法，其特征在于，在步骤(4)中，中心锥槽的锥度为8-12°，预定厚度为比成品厚度小3-5mm。

4.根据权利要求1所述的锥齿轮的生产方法，其特征在于，在步骤(5)中，通孔直径为110-120mm。

5.根据权利要求1所述的锥齿轮的生产方法，其特征在于，在步骤(6)中，环形坯件的内径大于成品内径8-12mm，其外径小于成品外径8-12mm。

6.根据权利要求1所述的锥齿轮的生产方法，其特征在于，在步骤(7)中，所述成型摆碾装置上模的摆动角为2±0.2°，所述成型摆碾装置的成型模腔的尺寸大小为成品尺寸的1.008-1.013倍。

7.根据权利要求1所述的锥齿轮的生产方法，其特征在于，在步骤(8)中，所述热处理工序包括：

先在加热炉中，将产品坯件于790℃-960℃条件下加热保温3-5小时；然后风冷5-8分钟；再在保温炉中，于530-570℃条件下保温3-5小时；最后空冷至室温。

8.根据权利要求7所述的锥齿轮的生产方法，其特征在于，在步骤(8)中，所述热处理工序包括：

在加热炉中，按照800±10℃、930±10℃、950±10℃和860±10℃的升温顺序将产品加热。

9.根据权利要求1所述的锥齿轮的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)制备符合要求的料段；

(2)在加热装置中将料段加热至1150-1180℃；

(3)在制坯摆碾装置上将加热后的料段碾成料饼；

(4)在料饼中部通过制坯摆碾机碾压中心锥槽并碾压至比成品厚度小3-5mm；

(5)在中心锥槽上通过冲孔装置冲出通孔；

(6)通过扩环装置进行扩环得到环形坯件，环形坯件的内径大于成品内径8-12mm，其外径小于成品外径8-12mm；

(7)通过成型摆碾装置将环形坯件碾压成型得到产品坯件，所述成型摆碾装置上模的摆动角为2±0.2°，所述成型摆碾装置的成型模腔的尺寸大小为成品尺寸的1.008-1.013倍；

(8)先在加热炉中，将产品坯件于790℃-960℃条件下加热保温3-5小时；然后风冷5-8分钟；再在保温炉中，于530-570℃条件下保温3-5小时；最后空冷至室温；

(9)通过抛丸处理得到成品。

10.一种锥齿轮的生产系统，其特征在于，包括依次设置的料段制备装置、加热装置、制坯摆碾装置、冲孔装置、扩环装置、成型摆碾装置和后处理装置；

所述制坯摆碾装置包括锥台状的冲头和外缘向下翻边的上模板；

所述成型摆碾装置包括由上之下依次设置的上模、下模和模垫，所述上模和下模相对设置，所述下模的底部设有模垫，所述上模、下模与模垫组成的成型模腔与产品的外形一致；所述模垫中心凹设有定位孔，所述上模下端设有与定位孔配合的定位轴。