CN110434265A - 一种直升机用大模数直齿圆柱齿轮精密锻造冷精整成形方法及其模具 - Google Patents

一种直升机用大模数直齿圆柱齿轮精密锻造冷精整成形方法及其模具 Download PDF

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Abstract

一种直升机用大模数直齿圆柱齿轮精密锻造冷精整成形方法及其模具，本发明属于齿轮精密锻造成形技术领域，特别涉及一种直升机用大模数直齿圆柱齿轮精密锻造冷精整成形方法及其模具。本发明是解决现有直升机用大模数直齿圆柱齿轮成型方法齿形精度不高、齿面质量较差，模具寿命较低的问题。本发明冷精整过程通过设计凸凹模及芯轴结构来调整精整过程中的精整量、凸凹模间隙、凹模圆角、凹模过渡段倾角和芯轴结构，实现整个齿面精整；在中空分流的基础上改变芯轴结构，实现限制分流，提高齿面变形均匀性，降低精整过程成形载荷。模具包括预紧凹模装置和凸模装置。本发明用于直升机用大模数直齿圆柱齿轮密锻造冷精整成形。

Description

一种直升机用大模数直齿圆柱齿轮精密锻造冷精整成形方法 及其模具
技术领域
本发明属于齿轮精密锻造成形技术领域，特别涉及一种直升机用大模数直齿圆柱齿轮精密锻造冷精整成形方法及其模具。
背景技术
目前针对大模数直齿圆柱齿轮的锻造工艺多采用复合成形工艺，为控制成形载荷，终锻时多采用温锻，成形齿轮表层存在少量氧化，造成齿形精度不高、齿面质量较差，而冷锻因成形载荷过大造成模具寿命较低，多用于成形小模数齿轮。
发明内容
本发明目的是为了解决现有直升机用大模数直齿圆柱齿轮成型方法齿形精度不高、齿面质量较差，模具寿命较低的问题，而提供一种直升机用大模数直齿圆柱齿轮精密锻造冷精整成形方法及其模具。
本发明一种直升机用大模数直齿圆柱齿轮精密锻造冷精整成形方法具体是按以下步骤进行：
一、齿坯准备：根据齿轮零件设计需要进行下料并在坯料中心根据零件尺寸预制中心分流孔，得到齿坯；
二、冷精整：采用冷精整对齿坯进行减径挤压，得到冷精整后齿坯；
三、端面修整：去除冷精整后齿坯端面的毛刺。
一种实现所述直升机用大模数直齿圆柱齿轮精密锻造冷精整成形方法的模具，包括预紧凹模装置和凸模装置；预紧凹模装置由凹模、预紧圈、下垫板和凹模固定圈组成，凹模与预紧圈之间过盈配合，采用凹模固定圈与螺栓将凹模、预紧圈、下垫板与下模板连接；凸模装置由凸模、齿形芯轴、凸模固定板、上垫板和上模板组成，凸模为齿形凸模，采用螺栓将齿形芯轴、凸模、上垫板、凸模固定板与上模板连接，确保齿形芯轴齿顶与凸模齿根相对应，齿形芯轴齿根与凸模齿顶相对应，凸模压入凹模内。
本发明的有益效果：
本发明冷精整对凹模设计小倾角过渡段，降低了齿面精整的等效应变，提高了应变均匀性，抑制显微裂纹的产生，齿形凸模抑制齿部材料的反向流动，提高了齿形精度和表面质量，齿坯中心采用齿形芯轴限制分流，通过限制齿根处材料径向流动提高齿根处等效应变，允许齿顶处材料径向流动，实现分流降压。上述措施提高了齿轮锻造精度，使齿轮表层形变强化，提高了齿轮表面的耐磨性，降低了成形载荷，提高了模具使用寿命，实现了直升机用大模数直齿圆柱齿轮精密锻造工艺的实用化，减少了齿轮加工时间，提高了齿轮性能和使用寿命。
附图说明
图1为直升机用大模数直齿圆柱齿轮的冷精整凸凹模局部图；其中A表示过渡段；
图2为直升机用大模数直齿圆柱齿轮精密锻造冷精整成形方法的模具的结构示意图；
图3为直升机用大模数直齿圆柱齿轮精密锻造冷精整成形方法的模具齿轮的齿形芯轴与齿坯相对位置。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种直升机用大模数直齿圆柱齿轮精密锻造冷精整成形方法具体是按以下步骤进行：
一、齿坯准备：根据齿轮零件设计需要进行下料并在坯料中心根据零件尺寸预制中心分流孔，得到齿坯；
二、冷精整：采用冷精整对齿坯进行减径挤压，得到冷精整后齿坯；
三、端面修整：去除冷精整后齿坯端面的毛刺。
本实施方式提高锻后齿轮齿形精度和齿面质量，降低成形载荷，实现大模数直齿圆柱齿轮的近净成形。以冷精整对锻后齿轮进行修整，减少了后续齿轮表层切削工序，无需或仅需少量磨削即可，具有节能、节材、低成本及高效率等优势；冷精整后在表层形成加工硬化层，从而提高齿根的弯曲强度，齿轮表层的耐磨性，和齿轮的疲劳性能。
本实施方式冷精整为减径挤压，采用齿形凸模，限制齿部坯料的反向流动，提高齿形精度，凹模上部设置带倾角的入模段，控制齿面的等效应变，使齿面塑性变形更均匀，抑制显微裂纹的产生，提高齿面质量和齿形精度，齿形表面经过塑性变形，表面组织细腻，只需少量磨削或无需加工即可使用。
本实施方式采用挤压压力机。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中中心分流孔的直径为45mm。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式直升机用大模数直齿圆柱齿轮精密锻造冷精整成形方法的模具，包括预紧凹模装置和凸模装置；预紧凹模装置由凹模5、预紧圈4、下垫板3和凹模固定圈15组成，凹模5与预紧圈4之间过盈配合，采用凹模固定圈15与螺栓将凹模5、预紧圈4、下垫板3与下模板1连接；凸模装置由凸模11、齿形芯轴12、凸模固定板7、上垫板10和上模板6组成，凸模11为齿形凸模，采用螺栓将齿形芯轴12、凸模11、上垫板10、凸模固定板7与上模板6连接，确保齿形芯轴12齿顶与凸模11齿根相对应，齿形芯轴12齿根与凸模11齿顶相对应，凸模11压入凹模5内。
本实施方式芯轴采用矩形齿，齿数与齿坯相同，且精整过程中齿形芯轴齿顶与齿坯齿根处相对应，齿形芯轴齿根处与齿坯齿顶处相对应，在横截面上形成对应的小分流腔降低成形载荷，提高齿形精度和齿面质量，抑制显微裂纹的产生，同时对锻造产生的原始流线不造成破坏，保证齿轮锻件的力学性能。采用矩形齿形芯轴，齿形芯轴齿顶处对应精整齿坯齿根，限制齿根处材料的径向流动，提高齿根处等效应变；齿形芯轴齿根处对应精整齿坯齿顶，凹腔提供分流区，允许齿顶处材料径向流动，降低成形载荷，提高模具使用寿命。
本实施方式确立了精整齿坯心部采用矩形齿形芯轴，齿厚6mm，精整过程中矩形齿形芯轴齿顶对应精整齿坯齿根处，达到限制齿根处材料流动的目的，同时齿形芯轴齿根处与精整齿坯齿顶相对，齿根凹腔作为分流腔达到分流降压作用；凸模采用齿形凸模与齿形凹模间隙为0.05mm，防止坯料精整过程中反挤，在端面处形成较长拉长型毛刺；精整量设置为0.15mm，精整量过大端面翘曲严重，精整量过小导致齿面精整不足；凹模圆角设置为0.45mm，凹模圆角过小齿顶处等效应变过大易产生显微裂纹；凹模过渡段倾角选择3.5°，倾角选择过大造成坯料堆积，局部等效应变增大，齿部产生显微裂纹，过渡段长度为20mm，精整工作段设置为10mm。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：所述过盈配合的过盈量为1.04mm。其他与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三或四不同的是：凸模11与凹模5的间隙为0.05mm，凸模11向下挤压速度为0.1mm/s，在凹模5处设置小倾角过渡段，过渡段长度为20mm，过渡段倾角为3.5°，凹模5圆角设置为0.45mm。其他与具体实施方式三或四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三至五之一不同的是：所述齿形芯轴12的高度比齿坯14高5mm，齿形芯轴12的外径为45mm。其他与具体实施方式三至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式三至六之一不同的是：所述齿形芯轴12的齿厚根据中心分流孔要求而定，根据公式：2×齿厚＝中心孔直径×π÷齿数计算得到。其他与具体实施方式三至六之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种直升机用大模数直齿圆柱齿轮精密锻造冷精整成形方法具体是按以下步骤进行：
一、齿坯准备：根据齿轮零件设计需要进行下料并在坯料中心根据零件尺寸预制中心分流孔，得到齿坯；
二、冷精整：采用冷精整对齿坯进行减径挤压，得到冷精整后齿坯；
三、端面修整：去除冷精整后齿坯端面的毛刺；
直升机用大模数直齿圆柱齿轮精密锻造冷精整成形方法的模具，包括预紧凹模装置和凸模装置；预紧凹模装置由凹模5、预紧圈4、下垫板3和凹模固定圈15组成，凹模5与预紧圈4之间过盈配合，过盈配合的过盈量为1.04mm，采用凹模固定圈15与螺栓将凹模5、预紧圈4、下垫板3与下模板1连接；凸模装置由凸模11、齿形芯轴12、凸模固定板7、上垫板10和上模板6组成，凸模11为齿形凸模，采用螺栓将齿形芯轴12、凸模11、上垫板10、凸模固定板7与上模板6连接，确保齿形芯轴12齿顶与凸模11齿根相对应，齿形芯轴12齿根与凸模11齿顶相对应，凸模11压入凹模12内；凸模11与凹模5的间隙为0.05mm，凸模11向下挤压速度为0.1mm/s，在凹模5处设置小倾角过渡段，过渡段长度为20mm，过渡段倾角为3.5°，凹模5圆角设置为0.45mm。
本实施例通过限制齿根处材料径向流动提高齿根处等效应变，允许齿顶处材料径向流动，进行分流降压，实现齿部的均匀变形，冷精整结束时，对锻件上下端面进行修整，最终获得高精度高性能的直升机直齿圆柱齿轮锻件。

Claims (7)

1.一种直升机用大模数直齿圆柱齿轮精密锻造冷精整成形方法，其特征在于直升机用大模数直齿圆柱齿轮精密锻造冷精整成形方法具体是按以下步骤进行：
一、齿坯准备：根据齿轮零件设计需要进行下料并在坯料中心根据零件尺寸预制中心分流孔，得到齿坯；
二、冷精整：采用冷精整对齿坯进行减径挤压，得到冷精整后齿坯；
三、端面修整：去除冷精整后齿坯端面的毛刺。
2.根据权利要求1所述的一种直升机用大模数直齿圆柱齿轮精密锻造冷精整成形方法，其特征在于步骤一中中心分流孔的直径为45mm。
3.一种实现权利要求1所述直升机用大模数直齿圆柱齿轮精密锻造冷精整成形方法的模具，包括预紧凹模装置和凸模装置；预紧凹模装置由凹模(5)、预紧圈(4)、下垫板(3)和凹模固定圈(15)组成，凹模(5)与预紧圈(4)之间过盈配合，采用凹模固定圈(15)与螺栓将凹模(5)、预紧圈(4)、下垫板(3)与下模板(1)连接；凸模装置由凸模(11)、齿形芯轴(12)、凸模固定板(7)、上垫板(10)和上模板(6)组成，凸模(11)为齿形凸模，采用螺栓将齿形芯轴(12)、凸模(11)、上垫板(10)、凸模固定板(7)与上模板(6)连接，确保齿形芯轴(12)齿顶与凸模(11)齿根相对应，齿形芯轴(12)齿根与凸模(11)齿顶相对应，凸模(11)压入凹模(5)内。
4.根据权利要求3所述的直升机用大模数直齿圆柱齿轮精密锻造冷精整成形方法的模具，其特征在于所述过盈配合的过盈量为1.04mm。
5.根据权利要求3所述的直升机用大模数直齿圆柱齿轮精密锻造冷精整成形方法的模具，其特征在于凸模(11)与凹模(5)的间隙为0.05mm，凸模(11)向下挤压速度为0.1mm/s，在凹模(5)处设置小倾角过渡段，过渡段长度为20mm，过渡段倾角为3.5°，凹模(5)圆角设置为0.45mm。
6.根据权利要求3所述的直升机用大模数直齿圆柱齿轮精密锻造冷精整成形方法的模具，其特征在于所述齿形芯轴(12)的高度比齿坯(14)高5mm，齿形芯轴(12)的外径为45mm。
7.根据权利要求3所述的直升机用大模数直齿圆柱齿轮精密锻造冷精整成形方法的模具，其特征在于所述齿形芯轴(12)的齿厚根据中心分流孔要求而定，根据公式：2×齿厚＝中心孔直径×π÷齿数计算得到。
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