CN109773432A - 多工位冷挤压齿轴成形工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多工位冷挤压齿轴成形工艺，包括如下工艺步骤：金属棒材通过自动锯切机断料，断料表面抛丸处理；断料加热挤压制坯、退火；制坯表面抛丸、磷皂化处理；齿部冷挤压成形；花键冷挤压成形、齿部精整；切削表面、热处理及后续加工。本发明的冷挤压成形工艺生产效率高，节约原材料，挤压出的齿轴尺寸精度高、强度高、刚性好且重量轻；挤压过程采用的制坯模具最大限度使制坯件成形，形状接近挤压件外形；齿部冷挤模具使齿轮基本成形，保证齿面光洁度；齿轴精整模具实现齿部的精整及花键的挤压，制坯模具、齿部冷挤模具和齿轴精整模具三种模具，除模芯及部分零件外，其他零件是通用零件，当更换产品时仅更换模芯及部分零件即可。
Description
技术领域
本发明涉及精密机械传动结构制造技术领域，尤其是一种多工位冷挤压齿轴成形工艺。
背景技术
齿轴在机械传动中是一种具有特殊结构的精密传动件，其不仅要传递运动和动力，更要有长期稳定的可靠性和使用寿命。齿轴传统的制造工艺是热锻毛坯加切削加工，特点是生产效率低，材料利用率低，材料纤维组织被切断后严重影响齿轴的弯曲疲劳强度，尤其对高速重载少齿数齿轴的可靠性更明显。
冷挤压工艺是一种高精、高效、优质低耗的先进生产工艺技术，较多应用于中小型锻件。冷挤压配件加工规模化生产中。与常规模锻工艺相比，可以节材30％～50％，节能40％～80％，而且能够提高锻件质量，改善作业环境。齿轴结构较复杂，齿部成形比较困难，最终成形后必须保证齿形与花键的位置关系及几何精度。基于上述特点，工艺装备及刀具投入大，如用挤压模具加部分切削方式制造齿轴，关键点之一为模具的设计与制造。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中之不足，提供一种一体成形、精密加工、少切削加工的多工位冷挤压齿轴成形工艺。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多工位冷挤压齿轴成形工艺，包括如下工艺步骤：
A、备料：
a.准备20CrMnTi低碳合金钢的棒材，棒材的含硅量为0～0.3％，硫、磷含量均为0～0.035％，外表光整；
b.通过自动送料装置将棒材送入圆盘机床锯切，控制断料重量及端面垂直度；
c.将断料进行表面抛丸处理去除毛刺及氧化皮；
B、制坯：
a.将断料加热到一定温度，进行挤压成形，制坯模具采用带导向柱的正挤模具，挤压后进行退火处理，确保材料硬度小于HB120；
b.将制坯件进行表面抛丸处理去除氧化皮；
c.表面进行磷皂化处理，控制簿膜厚度及附着力；
C、挤齿：将制坯件放入齿部冷挤模具，保持合适的挤压速度进行挤压；
D、精整齿部、挤压花键：以齿形、轴端导向，将齿部冷挤件装入齿轴精整模具，保持合适的挤压速度进行齿部精整及花键冷挤；
E、后续加工：
a.将校正件装入精车夹具，校正端面及外圆面；
b.将制件装入精车夹具加工出定位基准及定位面；
c.去除多余金属，热处理，磨削。
进一步地，所述制坯模具、齿部冷挤模具和齿轴精整模具均为具有上模和下模的分体结构，上模和下模之间设有导柱，上模包括上模座、上底座、上应力圈和上模芯，上底座上固定上模座，上模座上设置上模芯，下模包括下模座、下底座、顶杆、第一下模芯、齿模底板、第二下模芯和下应力圈，下底座上固定下模座，下模座上由下至上依次设置顶杆、第二下模芯、齿模底板和第一下模芯。
更进一步地，所述上应力圈包括依次设置在上模芯外侧的第一应力内圈和第一应力外圈。
更进一步地，所述下应力圈包括依次设置在第一下模芯外侧的第二应力内圈和第二应力外圈以及设置在第二下模芯外侧的第三应力内圈。
更进一步地，所述齿部冷挤模具和齿轴精整模具的上模芯和下模芯采用硬质合金，第一下模芯顶部设有挤压刃口，挤压刃口锥角为150°，刃口高度为6mm。
在上述方案中，所述齿部冷挤模具的齿厚比齿轴精整模具的齿厚大0.2mm，齿部冷挤模具的顶圆直径比齿轴精整模具的顶圆直径小0.2mm。
本发明的有益效果是：本发明的冷挤压成形工艺生产效率高，节约原材料，挤压出的齿轴尺寸精度高、强度高、刚性好且重量轻；挤压过程采用的制坯模具最大限度使制坯件成形，形状接近挤压件外形；齿部冷挤模具使齿轮基本成形，保证齿面光洁度；齿轴精整模具实现齿部的精整及花键的挤压，制坯模具、齿部冷挤模具和齿轴精整模具三种模具，除模芯及部分零件外，其他零件是通用零件，当更换产品时仅更换模芯及部分零件即可。
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是本发明齿轴成形加工图。
图2是本发明中制坯模具的结构示意图。
图3是本发明中制坯件的结构示意图。
图4是本发明中齿部冷挤模具的结构示意图。
图5是本发明中齿部冷挤件的结构示意图。
图6是本发明中齿轴精整模具的结构示意图。
图7是本发明中制件的结构示意图。
图中：1.导柱，2.上模座，3.上底座，4.上模芯，5.下模座，6.下底座，7.顶杆，8.第一下模芯，9.齿模底板，10.第二下模芯，11.第一应力内圈，12.第一应力外圈，13.第二应力内圈，14.第二应力外圈，15.第三应力内圈。
具体实施方式
现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步的说明。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所示，本实施例的一种多工位冷挤压齿轴成形工艺，包括如下工艺步骤：准备20CrMnTi低碳合金钢的棒材，棒材的含硅量为0～0.3％，硫、磷含量均为0～0.035％，外表光整；通过自动送料装置将棒材送入圆盘机床锯切，控制断料重量及端面垂直度；将断料进行表面抛丸处理去除毛刺及氧化皮；将断料加热到一定温度，进行挤压成形，制坯模具采用带导向柱的正挤模具，挤压后进行退火处理，确保材料硬度小于HB120；将制坯件(如图3所示)进行表面抛丸处理去除氧化皮；表面进行磷皂化处理，控制簿膜厚度及附着力；将制坯件放入齿部冷挤模具，保持合适的挤压速度进行挤压；以齿形、轴端导向，将齿部冷挤件(如图5所示)装入齿轴精整模具，保持合适的挤压速度进行齿部精整及花键冷挤；将校正件装入精车夹具，校正端面及外圆面；将制件(如图7所示)装入精车夹具加工出定位基准及定位面；去除多余金属，热处理，磨削。
如图2、4、6所示，制坯模具、齿部冷挤模具和齿轴精整模具均为具有上模和下模的分体结构，上模和下模之间设有导柱1，上模包括上模座2、上底座3、上应力圈和上模芯4，上底座3上固定上模座2，上模座2上设置上模芯4，下模包括下模座5、下底座6、顶杆7、第一下模芯8、齿模底板9、第二下模芯10和下应力圈，下底座6上固定下模座5，下模座5上由下至上依次设置顶杆7、第二下模芯10、齿模底板9和第一下模芯8。上应力圈包括依次设置在上模芯4外侧的第一应力内圈11和第一应力外圈12。下应力圈包括依次设置在第一下模芯8外侧的第二应力内圈13和第二应力外圈14以及设置在第二下模芯10外侧的第三应力内圈15。
齿部冷挤模具和齿轴精整模具的上模芯4和下模芯采用硬质合金，第一下模芯8顶部设有挤压刃口，挤压刃口锥角为150°，刃口高度为6mm。齿部冷挤模具的齿厚比齿轴精整模具的齿厚大0.2mm，齿部冷挤模具的顶圆直径比齿轴精整模具的顶圆直径小0.2mm。制坯模具、齿部冷挤模具和齿轴精整模具上、下模芯内孔尺寸依次变化，以便制件进入模具能导向和定位。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种多工位冷挤压齿轴成形工艺，其特征在于：包括如下工艺步骤：
A、备料：
a.准备20CrMnTi低碳合金钢的棒材，棒材的含硅量为0～0.3％，硫、磷含量均为0～0.035％，外表光整；
b.通过自动送料装置将棒材送入圆盘机床锯切，控制断料重量及端面垂直度；
c.将断料进行表面抛丸处理去除毛刺及氧化皮；
B、制坯：
a.将断料加热到一定温度，进行挤压成形，制坯模具采用带导向柱的正挤模具，挤压后进行退火处理，确保材料硬度小于HB120；
b.将制坯件进行表面抛丸处理去除氧化皮；
c.表面进行磷皂化处理，控制簿膜厚度及附着力；
C、挤齿：将制坯件放入齿部冷挤模具，保持合适的挤压速度进行挤压；
D、精整齿部、挤压花键：以齿形、轴端导向，将齿部冷挤件装入齿轴精整模具，保持合适的挤压速度进行齿部精整及花键冷挤；
E、后续加工：
a.将校正件装入精车夹具，校正端面及外圆面；
b.将制件装入精车夹具加工出定位基准及定位面；
c.去除多余金属，热处理，磨削。
2.根据权利要求1所述的多工位冷挤压齿轴成形工艺，其特征在于：所述制坯模具、齿部冷挤模具和齿轴精整模具均为具有上模和下模的分体结构，上模和下模之间设有导柱，上模包括上模座、上底座、上应力圈和上模芯，上底座上固定上模座，上模座上设置上模芯，下模包括下模座、下底座、顶杆、第一下模芯、齿模底板、第二下模芯和下应力圈，下底座上固定下模座，下模座上由下至上依次设置顶杆、第二下模芯、齿模底板和第一下模芯。
3.根据权利要求2所述的多工位冷挤压齿轴成形工艺，其特征在于：所述上应力圈包括依次设置在上模芯外侧的第一应力内圈和第一应力外圈。
4.根据权利要求2所述的多工位冷挤压齿轴成形工艺，其特征在于：所述下应力圈包括依次设置在第一下模芯外侧的第二应力内圈和第二应力外圈以及设置在第二下模芯外侧的第三应力内圈。
5.根据权利要求2所述的多工位冷挤压齿轴成形工艺，其特征在于：所述齿部冷挤模具和齿轴精整模具的上模芯和下模芯采用硬质合金，第一下模芯顶部设有挤压刃口，挤压刃口锥角为150°，刃口高度为6mm。
6.根据权利要求5所述的多工位冷挤压齿轴成形工艺，其特征在于：所述齿部冷挤模具的齿厚比齿轴精整模具的齿厚大0.2mm，齿部冷挤模具的顶圆直径比齿轴精整模具的顶圆直径小0.2mm。
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