CN109158523A - 一种齿轮复合塑性成形模具表面微形貌处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种齿轮复合塑性成形模具表面微形貌处理方法，S1、确定模具在加工中成形压力较大区域，并在该成形压力较大区域处加工微凹坑；S2、在微凹坑内填入纳米二硫化钼。本发明所述的微凹坑形貌，是根据模具的成形机理，选择成形压力最大区域加工出的表面微织构，以此作为润滑介质的微存储器，在边界润滑及贫油条件下能有效提供润滑剂，改善精锻齿轮在成形过程中的机械性能和摩擦润滑性能，减少精锻模具的磨损量，提高模具寿命；以及微形貌加工方法具有高效、精密可控、对环境无污染、成本低等众多优势。

Description

一种齿轮复合塑性成形模具表面微形貌处理方法

技术领域

本发明涉及一种模具领域，具体涉及一种齿轮复合塑性成形模具表面微形貌处理方法。

背景技术

随着工业技术的不断发展，汽车、工程机械、轨道交通等领域对齿轮产品及其锻造生产提出了精密、高效等要求。开发优质、高效、节能节材的塑性成形新工艺，实现“净成形”与“近净成形”，是当前塑性加工领域的发展趋势。传统的、单一的齿轮热精锻技术，由于温度高材料变形抗力低、塑性好，成形力明显降低，但是由于热精锻的温度较高，材料易发生氧化、锻件表面质量较差。而冷精锻是在室温状态下进行的一种精锻成形工艺，生产的零部件尺寸精确、表面质量好，但由于其是在室温下进行的，材料变形抗力高且金属流动困难，会导致在锻造过程中成形载荷陡增，以及齿形角隅填充不满等问题。为了能够充分发挥热、冷精锻的优点，摒弃传统热、冷精锻的缺点，逐渐形成了多工位热/温锻-冷挤压复合成形工艺，此方法能够结合多种成形工艺的优点，解决单一工艺无法解决的成形缺陷和成形载荷高等缺点，并且此工艺能实现高速成形、高速传输，减少工序间的热处理，节约了能源、场地与人员，是一种节能减耗的先进成形技术。

现有的技术，多用来提高精锻模具表面质量，对于解决精锻模具在成形过程中出现的齿轮上下角隅填充不满的技术还较少。常用的提高模具型腔质量的方法有PVD法、CVD法、PCVD法、气体氮化法、离子氮化法、激光表面强化、离子喷涂法等表面强化技术。这些表面强化技术在一定程度上改善了模具的型腔质量，提高了模具寿命，但是当模具型腔较为复杂时，就会对设备提出更高要求，常用的表面强化方法的实施就会受到一定程度上的限制，不利于大批量生产。

中国专利200410039671.5公开了一种模具表面强化处理方法，其处理方法是：先将模具进行去应力操作，随后进行喷砂处理，通过此达到提高模具表面硬度的目的。此方法未能保证砂料的流通是否会造成模具型腔的损坏，降低模具使用寿命，且此方法工作环境较差、单位产量低。中国专利200710134551.7公开了一种激光毛化金属塑性成形模具，它在模具表面通过激光毛化处理得到特定的毛化形貌，以提高模具表面的耐磨抗磨、润滑减磨性能。但此方法并没有针对精锻模具在成形过程中出现的齿形填充不满的问题提出具体的解决方法。中国专利201110148422.X公开了一种金属塑性成形模具织构化自润滑处理方法，以实现模具表面的润滑性能的优化分布，改善材料的流动和模具的润滑抗磨性能，提高模具寿命和制品质量，该方法并不能解决精锻模具在成形过程中出现的上下角隅填充不完整的问题。中国专利201510359819.1公开了一种模具激光强化工艺，通过合理的激光强化工艺利用光纤激光器发出的激光束垂直照射模具，以实现用最经济的方式提供模具性能改进的效果。但该种方法并没有具体针对精锻模具成形过程出现的各种问题，提出具体的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种齿轮复合塑性成形模具表面微形貌处理方法，具体内容如下：

一种齿轮复合塑性成形模具表面微形貌处理方法，

S1、确定模具在加工中成形压力较大区域，并在该成形压力较大区域处加工微凹坑；

S2、在微凹坑内填入纳米二硫化钼。

作为优选，在用于多工位热模锻的模具中的上凸模和下凹模表面加工微凹槽。

作为优选，在用于多工位热模锻的模具中的下凹模下半区域沿齿根方向加工微凸点或微梗。

作为优选，在用于冷挤压模具的凹模中沿齿形在齿根处分布所述微凹坑。

作为优选，在用于冷挤压模具的凹模中的所述微凹坑内填入纳米二硫化钼和碳纳米管。

作为优选，在多工位热模锻墩粗工位中的模具的所述微凹坑的参数为直径50-130,深度15-55，密度8-24%；

在多工位热模锻预锻工位的下凹模成形压力最大处的所述微凹坑的参数为直径50-120,深度18-54，密度18-32%；

在多工位热模锻终锻工位的下凹模成形压力最大处的所述微凹坑的参数为直径50-110,深度15-45，密度20-40%。

作为优选，在多工位热模锻预锻工位的上凸模和下凹模表面的所述微凹槽的参数为宽度70-110，深度15-35，密度15-35%；

在多工位热模锻终锻工位的上凸模和下凹模表面的所述微凹槽的参数为宽度35-85，深度15-35，密度15-35%。

作为优选，在多工位热模锻预锻工位的下凹模型腔下半部分的齿根处的所述微梗的参数为宽度35-75，高度6-14，密度18-32%；

在多工位热模锻终锻工位的下凹模型腔下半部分的齿根处的所述微凸点的参数为直径36-90，所述微凸点高度15-36，密度18-32%。

作为优选，在冷挤压模具凹模中沿齿形分布在齿根处的所述微凹坑的参数为直径55-95，深度18-32，密度18-32%。

作为优选，通过激光器在模具表面形成所述微凹坑；并对其表面进行抛光处理。

本发明的有益效果是本发明所述的微凹坑形貌，是根据模具的成形机理，选择成形压力最大区域加工出的表面微织构，以此作为润滑介质的微存储器，在边界润滑及贫油条件下能有效提供润滑剂，改善精锻齿轮在成形过程中的机械性能和摩擦润滑性能，减少精锻模具的磨损量，提高模具寿命；

以及微形貌加工方法具有高效、精密可控、对环境无污染、成本低等众多优势。表面微凹坑运用在多工位热精锻和冷挤压复合锻造工艺，与传统的单工序金属塑性成形工艺相比，能充分发挥模具表面微形貌的表面润滑、改善金属流动、减小成形载荷的作用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为下凹模表面微形貌分布示意图。

图2为上凸模表面微形貌分布示意图。

图3为另一种下凹模表面微形貌分布示意图。

图4为微凹槽参数示意图，b是宽度，h是深度。

图5为微凹坑参数示意图，D是直径，H是深度。

图6为微梗参数示意图，c是宽度，d是高度。

图7为微凸点参数示意图，F是直径，P是高度。

图中：1、微凹坑，2、微凹槽，3、微梗。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1~7所示，本发明的一种齿轮复合塑性成形模具表面微形貌处理方法，

S1、确定模具在加工中成形压力较大区域，并在该成形压力较大区域处加工微凹坑1；

S2、在微凹坑1内填入纳米二硫化钼。

在多工位热模锻墩粗工位中的模具的所述微凹坑1的参数为直径50-130,深度15-55，密度8-24%；在多工位热模锻预锻工位的下凹模成形压力最大处的微凹坑1的参数为直径50-120,深度18-54，密度18-32%；在多工位热模锻终锻工位的下凹模成形压力最大处的微凹坑1的参数为直径50-110,深度15-45，密度20-40%。优选为：

在多工位热模锻墩粗工位中，微凹坑1参数为直径60-120,深度20-50，密度10-20%。在多工位热模锻预锻工位的下凹模成形压力最大处(齿形处)加工的微凹坑1，参数为直径60-110,深度20-50，密度20-30%。在终锻工位的下凹模成形压力最大处(齿形处)加工微凹坑1的参数为直径60-100,深度20-40，密度25-35%。

本发明所述的微凹坑1形貌，是根据模具的成形机理，选择成形压力最大区域加工出的表面微织构，以此作为润滑介质的微存储器，在边界润滑及贫油条件下能有效提供润滑剂，改善精锻齿轮在成形过程中的机械性能和摩擦润滑性能，减少精锻模具的磨损量，提高模具寿命；以及微形貌加工方法具有高效、精密可控、对环境无污染、成本低等众多优势。

表面微凹坑1运用在多工位热精锻和冷挤压复合锻造工艺，与传统的单工序金属塑性成形工艺相比，能充分发挥模具表面微形貌的表面润滑、改善金属流动、减小成形载荷的作用。

本发明可以应用于直齿圆柱齿轮、直齿锥齿轮、螺旋齿轮等各种复杂形状的齿轮成形。也可以应用于热、温、冷精锻（一次）成形；热精锻-冷挤压复合锻造；多工位精密成形。

在热精锻模具和冷挤压模具成形压力最大区域，采用SPI光纤激光器加工微凹坑1，并在微凹坑1中压入纳米二硫化钼，从而使得成形过程中模具表面形成固体自润滑膜，这里微凹坑1实现了存储润滑剂的作用，且经过处理的齿顶、齿根处可以有效防止模具与毛坯产生塑性粘结，改善了金属的流动性。

在用于多工位热模锻的模具中的上凸模和下凹模表面加工微凹槽2。

在多工位热模锻预锻工位的上凸模和下凹模表面的微凹槽2的参数为宽度70-110，深度15-35，密度15-35%；在多工位热模锻终锻工位的上凸模和下凹模表面的微凹槽2的参数为宽度35-85，深度15-35，密度15-35%。优选为：

在多工位热模锻预锻工位的上凸模和下凹模表面的微凹槽2的参数为宽度80-100，深度20-30，密度20-30%；在多工位热模锻终锻工位的上凸模和下凹模表面的微凹槽2参数为宽度40-80，深度20-30，密度20-30%。

本发明利用激光热效应在多工位热精锻模具的上凸模和下凹模表面制备微凹槽2，可以提高金属的径向流动速度，改善齿形的填充效果，同时还可以减小齿轮成形过程中的成形载荷，提高模具寿命。

在用于多工位热模锻的模具中的下凹模下半区域沿齿根方向加工微凸点或微梗3。

在多工位热模锻预锻工位的下凹模型腔下半部分的齿根处的微梗3，参数为宽度35-75，高度6-14，密度18-32%；在多工位热模锻终锻工位的下凹模型腔下半部分的齿根处的微凸点，参数为直径36-90，微凸点高度15-36，密度18-32%。优选为：

在多工位热模锻预锻工位的下凹模型腔下半部分的齿根处的微梗3，参数为宽度40-70，高度8-12，密度20-30%；在多工位热模锻终锻工位的下凹模型腔下半部分的齿根处的微凸点，参数为直径40-80，微凸点高度20-30，密度20-30%。

本发明所述的利用激光热效应在多工位热精锻模具下凹模型腔下半部分的齿根处加工出微梗3或微凸点，可以减小底部的成形速度，使其成形速度更加均匀，从而实现锻件的均匀成形。

在用于冷挤压模具的凹模中沿齿形在齿根处均匀加工出微凹坑1。在冷挤压模具凹模中沿齿形分布在齿根处均匀的加工出微凹坑1，微凹坑1参数为直径55-95，深度18-32，密度18-32%。优选为微凹坑1参数为直径60-90，深度20-30，密度20-30%。在用于冷挤压模具的凹模中的所述微凹部内填入纳米二硫化钼和碳纳米管。

本发明所述的利用激光热效应在冷挤压模具的凹模齿根处均匀地加工出微凹坑1形貌，并在微凹坑1内填入纳米二硫化钼和碳纳米管，能够减小金属与挤压筒和挤压模具的摩擦阻力，提高模具寿命和锻件精度。

通过激光器在模具表面形成所述微凹坑1；并对其表面进行抛光处理。

根据以上内容，现提供实施例如下：

实例一：直齿圆柱齿轮的多工位热精锻-冷挤压塑性成形

激光加工设备：SPI光纤激光器。

本发明具体实施其步骤为：

第一步：提供SPI光纤激光器。确定激光器的基本参数：激光功率50W、脉冲宽度5000。

第二步：确定多工位精锻模具和冷挤压模具成形压力最大区域，即精锻模具的齿顶、齿根处。

第三步，驱动激光设备，调整激光功率密度、脉冲宽度、脉冲频率等激光参数，采用“单脉冲同点间隔多次”激光加工工艺，在多工位热模锻模具墩粗工位的下凹模成形压力最大处(齿形处)加工微凹坑1，微凹坑1直径80,深度40，密度10%。并且在微凹坑1的凹腔内部压入纳米二硫化钼,平均粒径50nm,实现改善精锻模具在成形过程中的摩擦润滑性能。

第四步，采用SPI光纤激光器在预锻工位的下凹模成形压力最大处(齿形处)加工微凹坑1，微凹坑1直径80,深度40，密度20%，并且在微凹坑1的凹腔内部压入二硫化钼，以改善精锻模具在成形过程中的摩擦润滑性能；并同时在下凹模型腔下半部分的齿根处加工出微梗3形貌，微梗3宽度50,高度8，密度20%。

第五步，驱动激光设备，调整激光功率密度、脉冲宽度、脉冲频率等激光参数，使其产生的能量，在多工位热模锻预锻工位的上凸模和下凹模表面加工出微凹槽2形貌，微凹槽2宽度80，深度20，密度20%。

第六步，采用SPI光纤激光器在终锻工位的下凹模成形压力最大处(齿形处)加工微凹坑1，微凹坑1直径80,深度40，密度30%，并且在微凹坑1的凹腔内部压入纳米二硫化钼，以改善精锻模具在成形过程中的摩擦润滑性能。并同时在下凹模型腔下半部分的齿根处加工出微凸点，直径50，微凸点高度25，密度25%。

第七步，采用SPI光纤激光器在终锻工位的上凸模和下凹模表面加工微凹槽2形貌，微凹槽2宽度40，深度24，密度20%。

第八步，采用SPI光纤激光器，利用激光的热效应在冷挤压模具凹模齿形处均匀的加工出微凹坑1，微凹坑1直径60，深度20，密度30%。在微凹坑1内填入二硫化钼和碳纳米管，从而减小金属与挤压筒、挤压模具表面之间的摩擦阻力，既能使锻件达到精度要求又能延长模具寿命。

实例二：直齿圆锥齿轮的多工位热精锻-冷挤压塑性成形

第一步，提供SPI光纤激光器。确定激光器的基本参数：激光功率50W、脉冲宽度5000。

第二步，确定多工位精锻模具成形过程中，成形压力最大区域，即精锻模具的齿顶、齿根处。

第三步，驱动激光设备，调整激光功率密度、脉冲宽度、脉冲频率等激光参数。采用“单脉冲同点间隔多次”激光加工工艺，在多工位热模锻模具墩粗工位的下凹模成形压力最大处(齿形处)加工微凹坑1形貌，直径90,深度40，密度10%。并且在微凹坑1的凹腔内部压入纳米二硫化钼，以改善精锻模具在成形过程中的摩擦润滑性能。

第四步，采用SPI光纤激光器在预锻工位的下凹模成形压力最大处(齿形处)，加工微凹坑1直径90,深度40，密度20%，并且在微凹坑1的凹腔内部压入纳米二硫化钼，以改善精锻模具在成形过程中的摩擦润滑性能；并同时在下凹模型腔下半部分的齿根处加工出微梗3形貌，微梗3宽度50,高度12，密度20%。

第五步，驱动激光设备，调整激光功率密度、脉冲宽度、脉冲频率等激光参数，使其产生的能量，在多工位热模锻预锻工位的上凸模和下凹模表面加工微凹槽2形貌，密度为30%，宽度100，深度30。

第六步，采用SPI光纤激光器在终锻工位的下凹模成形压力最大处(齿形处)加工微凹坑1，微凹坑1直径90,深度40，密度30%，并且在微凹坑1的凹腔内部压入纳米二硫化钼，以改善精锻模具在成形过程中的摩擦润滑性能；并同时在下凹模型腔下半部分的齿根处加工微凸点，密度20%，直径50，微凸点高度25。

第七步，采用SPI光纤激光器在终锻工位的上凸模和下凹模表面加工微凹槽2，密度为30%，宽度40，深度20。

第八步，采用SPI光纤激光器，利用激光的热效应在冷挤压模具凹模齿形处均匀的加工出微凹坑1，微凹坑1密度30%，直径60，深度20。在微凹坑1内填入纳米二硫化钼和碳纳米管，从而减小金属与挤压筒、挤压模具表面之间的摩擦阻力，既能使锻件达到精度要求又能延长模具寿命。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种齿轮复合塑性成形模具表面微形貌处理方法，其特征在于：

S1、确定模具在加工中成形压力较大区域，并在该成形压力较大区域处加工微凹坑；

S2、在微凹坑内填入纳米二硫化钼。

2.如权利要求1所述的齿轮复合塑性成形模具表面微形貌处理方法，其特征在于:在用于多工位热模锻的模具中的上凸模和下凹模表面加工微凹槽。

3.如权利要求2所述的齿轮复合塑性成形模具表面微形貌处理方法，其特征在于:在用于多工位热模锻的模具中的下凹模下半区域沿齿根方向加工微凸点或微梗。

4.如权利要求1所述的齿轮复合塑性成形模具表面微形貌处理方法，其特征在于:在用于冷挤压模具的凹模中沿齿形在齿根处分布所述微凹坑。

5.如权利要求4所述的齿轮复合塑性成形模具表面微形貌处理方法，其特征在于:在用于冷挤压模具的凹模中的所述微凹坑内填入纳米二硫化钼和碳纳米管。

6.如权利要求1所述的齿轮复合塑性成形模具表面微形貌处理方法，其特征在于:

在多工位热模锻墩粗工位中的模具的所述微凹坑的参数为直径50-130μm，深度15-55μm，密度8-24%；

在多工位热模锻预锻工位的下凹模成形压力最大处的所述微凹坑的参数为直径50-120μm，,深度18-54μm，密度18-32%；

在多工位热模锻终锻工位的下凹模成形压力最大处的所述微凹坑的参数为直径50-110μm，,深度15-45μm，密度20-40%。

7.如权利要求2所述的齿轮复合塑性成形模具表面微形貌处理方法，其特征在于:

在多工位热模锻预锻工位的上凸模和下凹模表面的所述微凹槽的参数为宽度70-110μm，深度15-35μm，密度15-35%；

在多工位热模锻终锻工位的上凸模和下凹模表面的所述微凹槽的参数为宽度35-85μm，深度15-35μm，密度15-35%。

8.如权利要求3所述的齿轮复合塑性成形模具表面微形貌处理方法，其特征在于:

在多工位热模锻预锻工位的下凹模型腔下半部分的齿根处的所述微梗的参数为宽度35-75μm，高度6-14μm，密度18-32%；

在多工位热模锻终锻工位的下凹模型腔下半部分的齿根处的所述微凸点的参数为直径36-90μm，所述微凸点高度15-36μm，密度18-32%。

9.如权利要求4所述的齿轮复合塑性成形模具表面微形貌处理方法，其特征在于:

在冷挤压模具凹模中沿齿形分布在齿根处的所述微凹坑的参数为直径55-95μm，深度18-32μm，密度18-32%。

10.如权利要求1所述的齿轮复合塑性成形模具表面微形貌处理方法，其特征在于:

通过激光器在模具表面形成所述微凹坑；并对其表面进行抛光处理。