CN110102589B - 齿轮的加工方法及加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种齿轮的加工方法，采用温挤成形和冷挤整形相结合的方法可大幅提高目标齿轮塑性成形的精度，获得的目标齿轮无需再进行机械切削精加工，且冷挤整形具有加工强化的作用，有利于齿面接触疲劳强度的提高和目标齿轮零件功能密度的提升。本发明还提供了一种齿轮的加工装置，包括温挤成形模具和冷挤整形模具，通过对温挤成形模具的温挤凸模和温挤凹模、冷挤整形模具的整形凸模和整形凹模的结构进行改进，降低了挤压变形的抗力，通过温挤压和冷挤压，使坯料产生塑性变形，直接得到目标齿轮。

Description

齿轮的加工方法及加工装置
技术领域
本发明属于齿轮制作技术领域，更具体地说，是涉及一种齿轮的加工方法及加工装置。
背景技术
齿轮作为机械传动系统中最基本的零件之一，在工程领域特别是在装备制造业有着极其广泛的应用。其中，直齿圆柱齿轮作为最典型的齿轮零件，其形状较为复杂，且尺寸精度、表面质量和机械性能要求很高。当前，直齿圆柱齿轮的制造以传统的切削加工为主，存在耗材、耗能、低效和高成本的弊端，尤其是金属纤维流线被切断，导致材料性能不能得到充分发挥，降低了零件的功能密度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种齿轮的加工方法及加工装置，旨在解决现有的直齿圆柱齿轮的制造以切削加工为主，存在耗材、耗能、低效和高成本的弊端，尤其是金属纤维流线被切断，导致材料性能不能得到充分发挥，降低了零件的功能密度的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种齿轮的加工方法，包括如下步骤：
下料步骤，根据等体积原理，制作与目标齿轮设计尺寸等体积的坯料；
模具预热步骤，对温挤凹模的模腔进行预热，使温挤凹模的模腔的温度达到200±20℃，温挤凸模的尺寸与目标齿轮的尺寸一致，温挤凹模的轮廓在目标齿轮轮廓的基础上预设的偏置量Δ＝0.3mm～0.8mm；
坯料润滑步骤，在坯料的表面均匀涂抹润滑剂；
坯料加热步骤，对涂抹润滑剂后的坯料进行加热，使坯料外部变形区的温度达到温挤的温度范围，而内部仍保持相对于外部较低的温度；
温挤成形模具润滑步骤，温挤成形前在温挤凹模的模腔的表面均匀涂抹润滑剂；
温挤成形步骤，将加热后的坯料放入温挤成形模具中进行温挤成形，获得齿坯；
冷挤整形模具润滑步骤，冷挤整形前在整形凹模的模腔的表面均匀涂抹润滑剂；
冷挤整形步骤，将冷却后的齿坯放入冷挤整形模具中，利用整形凸模和整形凹模对其进行冷挤整形，得到目标齿轮。
进一步地，整形凸模采用直径与目标齿轮的齿根圆直径相同的圆柱凸模。
进一步地，整形凹模的轮廓尺寸确定方法为：
确定齿侧和齿根的实际整形量，齿侧和齿根的理论整形量为偏置量Δ，温挤时模具的弹性变形和坯料的热膨胀引起的整形量的偏差值为δ＝0.0015mm～0.0025mm，确定齿侧和齿根的实际整形量为Δ+δ；
确定齿顶的实际整形量，温挤成形过程中齿顶的欠充形系数为f，温挤凹模的齿顶圆半径为Rd，齿顶的实际整形量为Δ-fRd；
确定整形凹模的轮廓尺寸，冷挤时模具和齿坯的弹性变形量为δ'＝0.001mm～0.0015mm，整形凹模的齿侧和齿根的轮廓尺寸为齿坯的齿侧和齿根轮廓沿径向向内偏置Δ+δ+δ'；整形凹模的齿顶的轮廓尺寸为齿坯的齿顶的轮廓沿径向向内偏置Δ-fRd+δ'。
进一步地，坯料的直径与目标齿轮的分度圆直径差值范围为-0.5mm～0mm。
本发明提供的齿轮的加工方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明齿轮的加工方法，保留了塑性成形方法所具有的材料利用率高、生产效率高、产品机械性能好等特点，同时还克服了其它塑性成形方法存在的成形力过大，齿顶角隅充形困难，模具寿命低，齿形精度低等问题。采用温挤成形和冷挤整形相结合的方法可大幅提高目标齿轮塑性成形的精度，获得的目标齿轮无需再进行机械切削精加工，且冷挤整形具有加工强化的作用，有利于齿面接触疲劳强度的提高和目标齿轮零件功能密度的提升。
本发明还提供一种齿轮的加工装置，包括：温挤成形模具和冷挤整形模具；
所述温挤成形模具包括第一上模和第一下模，所述第一上模设有温挤凸模，所述第一下模设有用于和所述温挤凸模配合挤压坯料的温挤凹模；所述温挤凸模的轮廓与目标齿轮的轮廓相同；所述温挤凹模的内轮廓与目标齿轮的轴向投影形状一致，且大于目标齿轮的轮廓尺寸；
所述冷挤整形模具包括第二上模和第二下模，所述第二上模设有整形凸模，所述第二下模设有用于和所述整形凸模配合挤压温挤成形的齿坯的整形凹模；所述整形凸模采用圆柱形结构，其直径为目标齿轮的齿根圆直径，所述整形凹模的内轮廓小于所述齿坯的轮廓尺寸。
进一步地，所述第一上模还包括：
上模座，用于固定在压机的滑块上；
凸模固定套，设置在所述上模座的下表面；和
凸模柄，用于连接所述凸模固定套和所述温挤凸模。
进一步地，所述凸模柄与所述温挤凸模通过螺钉固定。
进一步地，所述第一下模还包括：
下模座，用于固定在压机的工作台上；
模套，设置在所述下模座上，并且设有用于容纳所述温挤凹模的安装槽；
凹模固定组件，设置在所述模套上，用于固定所述温挤凹模；和
支撑杆组件，一端与压机的顶杆连接，另一端用于支撑坯料。
进一步地，所述凹模固定组件包括：
上垫环，设置在所述温挤凹模上方；
下垫环，设置在所述温挤凹模下方；
护环，设置在所述上垫环、所述下垫环和所述温挤凹模外周，与所述上垫环、所述下垫环和所述温挤凹模配合安装；所述上垫环、所述下垫环和所述护环均设置在所述模套的安装槽内，所述护环与所述模套配合安装；和
压环，设置在所述模套上方，用于固定所述上垫环。
进一步地，所述第一上模与所述第二上模为一体结构；所述第一下模和所述第二下模为一体结构。
本发明提供的齿轮的加工装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明齿轮的加工装置包括温挤成形模具和冷挤整形模具，温挤成形模具的温挤凸模采用全齿结构，其轮廓与目标齿轮的轮廓相同，温挤成形模具的温挤凹模的内轮廓与目标齿轮的轴向投影形状一致，且大于目标齿轮的轮廓尺寸；冷挤整形模具的整形凸模采用圆柱形结构，其直径为目标齿轮的齿根圆直径，冷挤整形模具的整形凹模的内轮廓小于齿坯的轮廓尺寸；通过对温挤凸模和温挤凹模、整形凸模和整形凹模的结构进行改进，降低了挤压变形的抗力，通过温挤压和冷挤压，使坯料产生塑性变形，直接得到目标齿轮。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的目标齿轮的主视图；
图2为本发明实施例提供的目标齿轮的右视图；
图3为本发明实施例提供的坯料的主视图；
图4为本发明实施例提供的坯料的俯视图；
图5为本发明实施例提供的温挤凸模的主视图；
图6为本发明实施例提供的温挤凹模与目标齿轮的轮廓示意图；
图7为本发明实施例提供的温挤凹模、目标齿轮和齿坯的局部轮廓结构示意图；
图8为本发明实施例提供的齿坯和整形凹模的局部轮廓示意图；
图9为本发明实施例提供的温挤成形模具的剖视图；
图10为本发明实施例提供的冷挤整形模具的剖视图；
图11为本发明实施例提供的一模两腔模具的局部剖视图；
图12为本发明实施例提供的齿轮加工的流程图。
图中：1、坯料；2、目标齿轮；11、上模座；12、温挤凸模；13、整形凸模；14、凸模固定套；15、凸模柄；16、导套；21、下模座；22、温挤凹模；23、整形凹模；241、压环；242、上垫环；243、护环；244、下垫环；25、导柱；26、模套；271、支撑杆；272、支撑杆托杆；273、托杆顶杆；28、导向环。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种齿轮的加工方法，请参阅图1至图12，(图6中的W为温挤凹模22的轮廓，X为目标齿轮2的轮廓、图7中的W为温挤凹模22的轮廓，X为目标齿轮2的轮廓，Y为齿坯的轮廓、图8中的Y为齿坯的轮廓，Z为整形凹模23的轮廓)包括如下步骤：
下料步骤，根据等体积原理，制作与目标齿轮2设计尺寸等体积的坯料1。
模具预热步骤，对温挤凹模22的模腔进行预热，使温挤凹模22的模腔的温度达到200±20℃，温挤凸模12的尺寸与目标齿轮2的尺寸一致，温挤凹模22的轮廓在目标齿轮2轮廓的基础上预设的偏置量Δ＝0.3mm～0.8mm。
坯料润滑步骤，在坯料1的表面均匀涂抹润滑剂。
坯料加热步骤，对涂抹润滑剂后的坯料1进行加热，使坯料1外部变形区的温度达到温挤的温度范围，而内部仍保持相对于外部较低的温度。
温挤成形模具润滑步骤，温挤成形前在温挤凹模22的模腔的表面均匀涂抹润滑剂。
温挤成形步骤，将加热后的坯料1放入温挤成形模具中进行温挤成形，获得齿坯。
冷挤整形模具润滑步骤，冷挤整形前在整形凹模23的模腔的表面均匀涂抹润滑剂。
冷挤整形步骤，将冷却后的齿坯放入冷挤整形模具中，利用整形凸模13和整形凹模23对其进行冷挤整形，得到目标齿轮2。
本发明齿轮的加工方法，与现有技术相比，本发明齿轮的加工方法，保留了塑性成形方法所具有的材料利用率高、生产效率高、产品机械性能好等特点，同时还克服了其它塑性成形方法存在的成形力过大，齿顶角隅充形困难，模具寿命低，齿形精度低等问题。采用温挤成形和冷挤整形相结合的方法可大幅提高目标齿轮2塑性成形的精度，获得的目标齿轮2无需再进行机械切削精加工，且冷挤整形具有加工强化的作用，有利于齿面接触疲劳强度的提高和目标齿轮2零件功能密度的提升。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，整形凸模13采用直径与目标齿轮2的齿根圆直径相同的圆柱凸模。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，整形凹模的轮廓尺寸确定方法为：
确定齿侧和齿根的实际整形量，齿侧和齿根的理论整形量为偏置量Δ，温挤时模具的弹性变形和坯料1的热膨胀引起的整形量的偏差值为δ＝0.0015mm～0.0025mm，确定齿侧和齿根的实际整形量为Δ+δ。
确定齿顶的实际整形量，温挤成形过程中齿顶的欠充形系数为f，温挤凹模22的齿顶圆半径为Rd，齿顶的实际整形量为Δ-fRd。
确定整形凹模的轮廓尺寸，冷挤时模具和齿坯的弹性变形量为δ'＝0.001mm～0.0015mm，整形凹模23的齿侧和齿根的轮廓尺寸为齿坯的齿侧和齿根轮廓沿径向向内偏置Δ+δ+δ'；整形凹模23的齿顶的轮廓尺寸为齿坯的齿顶的轮廓沿径向向内偏置Δ-fRd+δ'。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，坯料1的直径与目标齿轮2的分度圆直径差值范围为-0.5mm～0mm。
现以模数为2，齿数为30，压力角为20°的标准直齿圆柱齿轮的温挤成形-冷挤整形为例。目标齿轮2材料为20CrMnTi，分度圆直径D＝60mm，齿顶圆直径Da＝64mm，齿根圆直径Df＝55mm，齿宽B＝30mm。具体步骤如下：
下料步骤，根据等体积原理，将Ф60mm圆钢经锯床下料、车床车外圆后，得到设计尺寸的坯料1，坯料1高度H＝30mm，直径Dp＝59.666mm，坯料1高度与目标齿轮2的齿高相同；坯料1采用圆柱形结构，制坯简单，便于加工。
模具预热步骤，使用乙炔焰或电阻加热方式对温挤凹模22的模腔进行预热，使温挤凹模22的模腔的温度达到200℃，防止坯料1与模具接触时发生较大的温降，降低坯料1塑性变形的抗力；温挤凸模12的齿形参数与目标齿轮2的齿形参数相同，D＝60mm，Da＝64mm，Df＝55mm，温挤凹模22的轮廓与目标齿轮2的轴向投影形状一致，但是需沿目标齿轮2的轮廓径向向外偏置一定的数值，即温挤凹模22的轮廓与目标齿轮2的轮廓之间存在偏置量Δ＝0.35mm。
坯料润滑步骤，在坯料1的表面均匀涂抹水基石墨润滑剂。
坯料加热步骤，采用超音频感应加热设备对涂抹润滑剂后的坯料1进行加热，使坯料1外部变形区的温度达到800℃，而内部仍保持相对于外部较低的温度，超音频感应加热的效率高于中频感应加热，其热透性又高于高频感应加热，即可保证直齿圆柱齿轮温挤成形所需的加热深度，又可有效较少氧化皮的产生，保证工件的表面质量，且局部加热方式有利于减小能量的消耗。
温挤成形模具润滑步骤，温挤成形前在温挤凹模22的模腔的表面均匀涂抹水基石墨润滑剂，使摩擦系数降低到0.3～0.5。
温挤成形步骤，在液压机等压力加工设备上，将加热后的坯料1放入温挤成形模具中进行温挤成形，获得齿坯，齿坯的齿侧和齿根区域能够完全充形，而齿顶由于充形困难，不能完全充形。
冷挤整形模具润滑步骤，冷挤整形前在整形凹模23的模腔的表面均匀涂抹润滑剂。
冷挤整形步骤，齿坯冷却到室温后，在液压机等压力加工设备上，使用冷挤整形模具对齿坯进行挤压，得到目标齿轮2，即直齿圆柱齿轮，通过冷挤整形可实现齿顶的完全充形，同时对齿侧和齿根进行整形，经整形的直齿圆柱齿轮齿形饱满，且齿形精度和表面质量大幅提高，可在一定程度上取代机械精加工，此外，与机械精加工相比，冷挤整形具有加工强化的效果，有利于目标齿轮2零件综合机械性能的提高。
本发明齿轮的加工方法，与现有技术相比，本发明齿轮的加工方法，保留了塑性成形方法所具有的材料利用率高、生产效率高、产品机械性能好等特点，同时还克服了其它塑性成形方法存在的成形力过大，齿顶角隅充形困难，模具寿命低，齿形精度低等问题。采用温挤成形和冷挤整形相结合的方法可大幅提高目标齿轮2塑性成形的精度，获得的目标齿轮2无需再进行机械切削精加工，且冷挤整形具有加工强化的作用，有利于齿面接触疲劳强度的提高和目标齿轮2零件功能密度的提升。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，整形凹模23的模腔的表面涂抹的润滑剂为二硫化钼润滑剂，可使摩擦系数降低到0.2～0.4，有利于降低冷挤整形的阻力。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，整形凸模13为圆柱形结构，其直径与目标齿轮2的齿根圆直径相同，即整形凸模13的直径＝55mm，齿坯的齿侧和齿根的理论整形量为温挤凹模22的轮廓与目标齿轮2的轮廓之间的偏置量Δ＝0.35mm，但是在实际生产过程中，由于温挤成形模具的弹性变形和坯料1的热膨胀等因素的影响，实际整形量与理论整形量之间会存在一个微小的偏差δ＝0.002mm，即实际整形量为Δ+δ，实际整形量可通过测量齿坯的几何尺寸确定，实际测量的整形量Δ+δ＝0.352mm，齿坯的齿顶区域不能完全充形，存在欠充形系数f，f＝(Rd-Rg)/Rd，其中Rd为温挤凹模22的齿形轮廓的齿顶圆半径，Rg为齿坯的齿顶圆半径，温挤凹模22的齿形轮廓的齿顶圆半径Rd＝32.35mm，齿坯的齿顶圆半径Rg＝32.285mm通过测量和计算可得欠充形系数f＝0.002，齿坯的齿顶的整形量为Δ-fRd＝0.285mm；而冷挤过程中冷挤整形模具和齿坯会产生弹性变形，其变形量为δ'，根据齿坯和冷挤整形模具材料的力学性能确定弹性变形量δ'＝0.0012，由实际整形量和冷挤时产生的弹性变形量可确定整形凹模23的齿侧和齿根的轮廓形状为齿坯的齿侧和齿根轮廓沿径向向内偏置Δ+δ+δ'＝0.3532mm；整形凹模23的齿顶的轮廓尺寸为齿坯的齿顶轮廓沿径向向内偏置Δ-fRd+δ'＝0.2862mm。
本发明还提供一种齿轮的加工装置，请参阅图9和图10，齿轮的加工装置，包括温挤成形模具和冷挤整形模具，温挤成形模具包括第一上模和第一下模，第一上模设有温挤凸模12，第一下模设有用于和温挤凸模12配合挤压坯料1的温挤凹模22，从而得到温挤成形的齿坯；温挤凸模12采用全齿结构，其轮廓与目标齿轮2的轮廓相同，温挤凹模22的内轮廓与目标齿轮2的轴向投影形状一致，且大于目标齿轮2的轮廓尺寸；冷挤整形模具包括第二上模和第二下模，第二上模设有整形凸模13，第二下模设有用于和整形凸模13配合挤压温挤成形的齿坯的整形凹模23，从而直接得到目标齿轮2；整形凸模13采用圆柱形结构，其直径为目标齿轮2的齿根圆直径，整形凹模23的内轮廓小于齿坯的轮廓尺寸。
具体的，温挤成形模具和冷挤整形模具均分别安装在压机上，压机型号为Y315液压机，Y315液压机包括滑块、工作台和顶杆，滑块带动第一上模或第二上模完成合模和开模动作，Y315液压机可控制顶杆上下运动。
本发明提供的齿轮的加工装置，与现有技术相比，本发明齿轮的加工装置包括温挤成形模具和冷挤整形模具，温挤成形模具的温挤凸模12采用全齿结构，其轮廓与目标齿轮2的轮廓相同，全齿结构可限制材料沿轴向的反向流动，促使材料沿径向流动，有利于齿形的充形，温挤成形模具的温挤凹模22的内轮廓与目标齿轮2的轴向投影形状一致，且大于目标齿轮2的轮廓尺寸；冷挤整形模具的整形凸模13采用圆柱形结构，其直径为目标齿轮2的齿根圆直径，冷挤整形属于小塑性变形，变形区集中在齿面区域，且主要受径向压应力，因此无需再采用齿形结构的凸模来限制材料沿轴向的反向流动，整形凸模13采用圆柱形结构可大幅降低其加工难度和制造成本，冷挤整形模具的整形凹模23的内轮廓小于齿坯的轮廓尺寸；通过对温挤凸模12和温挤凹模22、整形凸模13和整形凹模23的结构进行改进，降低了挤压变形的抗力，通过温挤压和冷挤压，使坯料1产生塑性变形，直接得到目标齿轮2。
作为本发明提供的齿轮的加工装置的一种具体实施方式，请参阅图9，第一上模还包括：上模座11、凸模固定套14和凸模柄15，上模座11固定在压机的滑块上；凸模固定套14设置在上模座11的下表面，凸模固定套14通过反把螺钉与上模座11固定连接，此连接方式结构简单，拆装方便；凸模柄15一端通过螺纹与凸模固定套14连接，另一端与温挤凸模12连接，凸模柄15为阶梯轴形式，降低了加工难度和制造成本，温挤凸模12与凸模柄15采用分体形式，既降低了材料成本，又降低了拆装温挤凸模12的劳动强度。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图9，凸模柄15与温挤凸模12通过螺钉固定，螺钉数量不少于两个，且沿凸模柄15中心均匀布置，螺钉为沉头螺钉，保证螺钉帽不凸出温挤凸模12的表面，温挤凸模12因长期使用会产生磨损，需要不定期进行修复或者更换，采用螺钉固定方式，方便了温挤凸模12的拆装，保证了温挤凸模12受力平衡，有利于提高生产效率。
具体的，温挤凸模12和温挤凹模22采用H13热作模具钢，并对其工作部分的表面进行火焰淬火处理，使表面硬度达到HRC55以上，进一步提高了温挤凸模12和温挤凹模22的耐磨性，延长了模具的使用寿命，保证了产品的质量。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图9，第一下模还包括：下模座21、模套26、凹模固定组件和支撑杆组件；下模座21固定在压机的工作台上，模套26设置在下模座21上，并且设有用于容纳温挤凹模22的安装槽，下模座21与模套26通过反把螺钉固定，且均匀布置，组装方便，稳定性好；凹模固定组件设置在模套26上，用于固定温挤凹模22；支撑杆组件包括支撑杆271、支撑杆托杆272和托杆顶杆273，支撑杆271、支撑杆托杆272和托杆顶杆273从上到下依次设置，三个部件均为棒材，相互之间通过螺纹连接，支撑杆271的上部用于支撑坯料1，防止坯料1在生产过程中发生倾斜，提高了坯料1的稳定性，提升了生产效率，托杆顶杆273与压机的顶杆连接，在模具合模时，支撑杆271提供坯料1的支撑力，在模具开模时，支撑杆271将温挤成形的齿坯顶出温挤凹模22，便于齿坯的取出。
具体的，下模座21还设有导向环28，通过螺钉安装在下模座21上，与托杆顶杆273滑动配合，对托杆顶杆273起到导向和限位作用，保证了托杆顶杆273在运动过程中的稳定性，进而保证坯料1的稳定性。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图9，凹模固定组件包括：上垫环242、下垫环244、护环243和压环241；上垫环242设置在温挤凹模22上方，上垫环242的中间设有比坯料1直径偏大的圆孔，用于容纳坯料1，并对坯料1起到定位作用，提高了加工效率和准确性，上垫环242中间的圆孔的顶部设有倒角，防止在工作过程中因存在尖角，对坯料1以及温挤凸模12造成损伤，下垫环244设置在温挤凹模22下方，上垫环242和下垫环244一方面对温挤凹模22起到了限位作用，一方面提高了温挤凹模22的受力面积，抵消温挤凹模22受到的冲击力，延长了温挤凹模22的使用寿命；护环243设置在上垫环242、下垫环244和温挤凹模22外周，与上垫环242、下垫环244和温挤凹模22配合安装；上垫环242、下垫环244和护环243均设置在模套26的安装槽内，护环243与模套26配合安装；压环241设置在模套26上方，用于固定上垫环242；支撑杆组件从下到上依次穿过下模座21、模套26、下垫环244、温挤凹模22和上垫环242，且各部件均具有容纳支撑杆组件的容纳空间。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图9，上垫环242为同心固定且层叠设置的两个外径不同的圆环，压环241为圆环结构，设置在上垫环242的外周，压环241通过压住上垫环242的法兰，将上垫环242固定在模套26的安装槽内，压环241通过螺钉固定在模套26上，通过压环241固定方式，可方便调整上垫环242的位置。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图9，在上模座11的四角各设有一个导套16，导套16与上模座11过盈配合，在模套26的四角各设有一个导柱25，导柱25与模套26过盈配合，且导柱25穿过模套26下表面通过螺母固定，导套16与导柱25上下滑动配合，保证了温挤成形模具的精度。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图10，为了方便加工制作，第二上模与第一上模除了工作凸模不同外，其余结构相同，即第二上模还包括：上模座11、凸模固定套14和凸模柄15，上模座11固定在压机的滑块上；凸模固定套14设置在上模座11的下表面，凸模固定套14通过反把螺钉与上模座11固定连接，此连接方式结构简单，拆装方便；凸模柄15一端通过螺纹与凸模固定套14连接，另一端与整形凸模13连接，凸模柄15为阶梯轴形式，降低了加工难度和制造成本，整形凸模13与凸模柄15采用分体形式，既降低了材料成本，又降低了拆装整形凸模13的劳动强度。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图10，凸模柄15与整形凸模13通过螺钉固定，螺钉数量不少于两个，且沿凸模柄15中心均匀布置，螺钉为沉头螺钉，保证螺钉帽不凸出整形凸模13的表面，整形凸模13因长期使用会产生磨损，需要不定期进行修复或者更换，采用螺钉固定方式，方便了整形凸模13的拆装，保证了整形凸模13受力平衡，有利于提高生产效率。
具体的，整形凸模13和整形凹模23采用Cr4W2MoV冷作模具钢，并对其工作部分的表面进行火焰淬火处理，使表面硬度达到HRC55以上，进一步提高了整形凸模13和整形凹模23的耐磨性，延长了模具的使用寿命，保证了产品的质量。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图10，为了方便加工制作，第二下模与第一下模除了工作凹模不同外，其余结构相同，即第二下模还包括：下模座21、模套26、凹模固定组件和支撑杆组件；下模座21固定在压机的工作台上，模套26设置在下模座21上，并且设有用于容纳整形凹模23的安装槽，下模座21与模套26通过反把螺钉固定，且均匀布置，组装方便，稳定性好；凹模固定组件设置在模套26上，用于固定整形凹模23；支撑杆组件包括支撑杆271、支撑杆托杆272和托杆顶杆273，支撑杆271、支撑杆托杆272和托杆顶杆273从上到下依次设置，三个部件均为棒材，相互之间通过螺纹连接，支撑杆271的上部用于支撑齿坯，防止齿坯在生产过程中发生倾斜，提高了齿坯的稳定性，提升了生产效率，托杆顶杆273与压机的顶杆连接，在模具合模时，支撑杆271提供齿坯的支撑力，在模具开模时，支撑杆271将冷挤成形的目标齿轮2顶出整形凹模23，便于目标齿轮2的取出。
具体的，下模座21还设有导向环28，通过螺钉安装在下模座21上，与托杆顶杆273滑动配合，对托杆顶杆273起到导向和限位作用，保证了托杆顶杆273在运动过程中的稳定性，进而保证齿坯的稳定性。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图10，凹模固定组件包括：上垫环242、下垫环244、护环243和压环241；上垫环242设置在整形凹模23上方，上垫环242的中间设有比齿坯直径偏大的圆孔，用于容纳齿坯，并对齿坯起到定位作用，提高了加工效率和准确性，上垫环242中间的圆孔的顶部设有倒角，防止在工作过程中因存在尖角，对齿坯以及整形凸模13造成损伤，下垫环244设置在整形凹模23下方，上垫环242和下垫环244一方面对整形凹模23起到了限位作用，一方面提高了整形凹模23的受力面积，抵消整形凹模23受到的冲击力，延长了整形凹模23的使用寿命；护环243设置在上垫环242、下垫环244和整形凹模23外周，与上垫环242、下垫环244和整形凹模23配合安装；上垫环242、下垫环244和护环243均设置在模套26的安装槽内，护环243与模套26配合安装；压环241设置在模套26上方，用于固定上垫环242；支撑杆组件从下到上依次穿过下模座21、模套26、下垫环244、整形凹模23和上垫环242，且各部件均具有容纳支撑杆组件的容纳空间。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图10，上垫环242为同心固定且层叠设置的两个外径不同的圆环，压环241为圆环结构，设置在上垫环242的外周，压环241通过压住上垫环242的法兰，将上垫环242固定在模套26的安装槽内，压环241通过螺钉固定在模套26上，通过压环241固定方式，可方便调整上垫环242的位置。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图10，在上模座11的四角各设有一个导套16，导套16与上模座11过盈配合，在模套26的四角各设有一个导柱25，导柱25与模套26过盈配合，且导柱25穿过模套26下表面通过螺母固定，导套16与导柱25上下滑动配合，保证了冷挤整形模具的精度。
上述冷挤整形模具与温挤成形模具除工作凸模和凹模外，其余结构也可不同，以能够实现生产为准。
作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图11，第一上模与第二上模为一体结构；第一下模和第二下模为一体结构，即温挤成形模具的温挤成形工序和冷挤整形模具的冷挤整形工序采用一模两腔的模具结构，一套模具有两个模腔，同时生产齿坯和目标齿轮2，温挤凸模12和温挤凹模22、整形凸模13和整形凹模23分别位于一模两腔的模具中心的两侧，支撑杆271托杆为U型，开口向上，上方的两端分别连接支撑杆271，支撑杆托杆272下方设有与托杆顶杆273连接的螺纹，两个支撑杆271分别支撑坯料1和齿坯，支撑杆271托杆采用U型结构，结构简单，实现了使用一个压机的顶杆驱动两个支撑杆271的目的。采用一模两腔的模具结构，仅使用一套模具，即可完成齿坯和目标齿轮2的生产，大大降低了模具成本，提高了生产效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.齿轮的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
下料步骤，根据等体积原理，制作与目标齿轮设计尺寸等体积的坯料；
模具预热步骤，对温挤凹模的模腔进行预热，使温挤凹模的模腔的温度达到200±20℃，温挤凸模的尺寸与目标齿轮的尺寸一致，温挤凹模的轮廓在目标齿轮轮廓的基础上预设的偏置量Δ＝0.3mm～0.8mm；
坯料润滑步骤，在坯料的表面均匀涂抹润滑剂；
坯料加热步骤，对涂抹润滑剂后的坯料进行加热，使坯料外部变形区的温度达到温挤的温度范围，而内部仍保持相对于外部较低的温度；
温挤成形模具润滑步骤，温挤成形前在温挤凹模的模腔的表面均匀涂抹润滑剂；
温挤成形步骤，将加热后的坯料放入温挤成形模具中进行温挤成形，获得齿坯；
冷挤整形模具润滑步骤，冷挤整形前在整形凹模的模腔的表面均匀涂抹润滑剂；
冷挤整形步骤，将冷却后的齿坯放入冷挤整形模具中，利用整形凸模和整形凹模对其进行冷挤整形，得到目标齿轮；
整形凸模采用直径与目标齿轮的齿根圆直径相同的圆柱凸模；
整形凹模的轮廓尺寸确定方法为：
确定齿侧和齿根的实际整形量，齿侧和齿根的理论整形量为偏置量Δ，温挤时模具的弹性变形和坯料的热膨胀引起的整形量的偏差值为δ＝0.0015mm～0.0025mm，确定齿侧和齿根的实际整形量为Δ+δ；
确定齿顶的实际整形量，温挤成形过程中齿顶的欠充形系数为f，温挤凹模的齿顶圆半径为Rd，齿顶的实际整形量为Δ-fRd；
确定整形凹模的轮廓尺寸，冷挤时模具和齿坯的弹性变形量为δ'＝0.001mm～0.0015mm，整形凹模的齿侧和齿根的轮廓尺寸为齿坯的齿侧和齿根轮廓沿径向向内偏置Δ+δ+δ'；整形凹模的齿顶的轮廓尺寸为齿坯的齿顶的轮廓沿径向向内偏置Δ-fRd+δ'。
2.如权利要求1所述的齿轮的加工方法，其特征在于，坯料的直径与目标齿轮的分度圆直径差值范围为-0.5mm～0mm。
3.齿轮的加工装置，使用了如权利要求1所述的齿轮的加工方法，其特征在于，包括：温挤成形模具和冷挤整形模具；
所述温挤成形模具包括第一上模和第一下模，所述第一上模设有温挤凸模，所述第一下模设有用于和所述温挤凸模配合挤压坯料的温挤凹模；所述温挤凸模的轮廓与目标齿轮的轮廓相同；所述温挤凹模的内轮廓与目标齿轮的轴向投影形状一致，且大于目标齿轮的轮廓尺寸；
所述冷挤整形模具包括第二上模和第二下模，所述第二上模设有整形凸模，所述第二下模设有用于和所述整形凸模配合挤压温挤成形的齿坯的整形凹模；所述整形凸模采用圆柱形结构，其直径为目标齿轮的齿根圆直径，所述整形凹模的内轮廓小于所述齿坯的轮廓尺寸。
4.如权利要求3所述的齿轮的加工装置，其特征在于，所述第一上模还包括：
上模座，用于固定在压机的滑块上；
凸模固定套，设置在所述上模座的下表面；和
凸模柄，用于连接所述凸模固定套和所述温挤凸模。
5.如权利要求4所述的齿轮的加工装置，其特征在于，所述凸模柄与所述温挤凸模通过螺钉固定。
6.如权利要求3所述的齿轮的加工装置，其特征在于，所述第一下模还包括：
下模座，用于固定在压机的工作台上；
模套，设置在所述下模座上，并且设有用于容纳所述温挤凹模的安装槽；
凹模固定组件，设置在所述模套上，用于固定所述温挤凹模；和
支撑杆组件，一端与压机的顶杆连接，另一端用于支撑坯料。
7.如权利要求6所述的齿轮的加工装置，其特征在于，所述凹模固定组件包括：
上垫环，设置在所述温挤凹模上方；
下垫环，设置在所述温挤凹模下方；
护环，设置在所述上垫环、所述下垫环和所述温挤凹模外周，与所述上垫环、所述下垫环和所述温挤凹模配合安装；所述上垫环、所述下垫环和所述护环均设置在所述模套的安装槽内，所述护环与所述模套配合安装；和
压环，设置在所述模套上方，用于固定所述上垫环。
8.如权利要求3所述的齿轮的加工装置，其特征在于，所述第一上模与所述第二上模为一体结构；所述第一下模和所述第二下模为一体结构。
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