CN1367051A - 齿轮精密塑性成形工艺及其成形模 - Google Patents

Abstract

本发明属齿轮精密塑性成形工艺及其成形模。在成形模有轮廓呈齿轮零件的齿轮形腔,齿轮形腔有齿顶和齿根倾斜的进料段、与齿轮零件相似定径段、齿顶和齿根倾斜的出料段。成形工艺是将加热的毛坯依次装入不同的齿轮塑性精密成模,进行温挤压成齿轮毛坯,对齿轮毛坯的齿整形推整形、冷整形或剃齿加工。本成形工艺及其成形模成形力小、成形质量好、生产效率高、成本低。

Description

齿轮精密塑性成形工艺及其成形模

本发明属齿轮精密塑性成形工艺及其齿轮精密塑性成形模。

现有的齿轮加工工艺主要采用传统工艺，沿用了很多年，其工艺的工序依次为：下料——高温锻造毛坯——热处理——齿形及外形切削加工——(渗碳)、淬火、回火——热处理后精加工。这种工艺有以下缺点：毛坯切削量大，生产率低，材料利用率低，仅30-50％；能源消耗大，对环境污染严重；工件周转次数多，生产周期长，生产成本高；由于毛坯的锻造组织流线被切断及组织粗大，降低了产品的力学性能；对于新型齿轮如无间隙传动齿轮、非圆柱齿轮难以加工。现有的齿轮精密成形工艺基本采用闭式镦粗成形方式，所用的齿轮精密塑性成形模其齿形内腔齿形轮廓为直的，其只能用于模数小、外径小厚度小的齿轮，这种成形工艺主要用于小模数、短齿形、小直径齿轮的成形。用于制造大模数、长齿形、大直径齿轮时，成形力和脱模力大，模具寿命短，齿形难以充满，无法保证齿形精度等缺点，而且随着模数、齿形、直径的增大，上述缺点越明显。

本发明的目的是提供一种成形力小、成形质量好、生产效率高、成本低的齿轮精密塑性成形工艺及其齿轮精密塑性成形模。

本发明的齿轮塑性精密成形方案的第一步是将传统齿轮加工工艺中的高温锻造毛坯用温挤压成形所代替，在具有锥度的温挤压成形凹模中形成接近于齿轮零件形状的齿轮毛坯，然后再进行齿形的精密成形或精密加工，使齿形达到齿轮零件所要求的尺寸精度和表面粗糙度。齿形的精密成形或精密加工主要为下述几种，一种是将齿轮毛坯用剃齿机剃齿；另一种是将齿轮毛坯在具有锥度的冷整形凹模中冷挤压整形，对于精度要求不高的齿轮如精度不高于IT7级的齿轮即可达到精度要求，对于精度要求高的齿轮如高于IT7级的齿轮冷整形后剃齿；第三种是把齿轮毛坯温推挤整形后再经冷整形，对于精度高的齿轮还应剃齿或磨齿。

本发明的齿轮精密塑性成形模有一个模体，在模体有轮廓呈齿轮零件形状的两端相通的齿轮形腔，在齿轮形腔的内侧分布与齿轮零件的齿形相对应的齿形凹槽，齿轮形腔在进料侧有一进料段，其特征是：进料段的齿顶与齿轮形腔轴线的夹角在本申请文件中称为齿顶轴向导流角β1，β1大于零为0.5-30°，在进料段的内齿侧面与内齿的对称面的夹角不为零，在本申请文件中称为进料径向分流角α1，α1为0.5-30°。

本发明的齿轮精密塑性成形模有一级温挤压成形凹模，二级温挤压成形凹模，推整形凹模，冷整形凹模四种。

一级温挤压成形凹模的齿顶轴向导流角β1为0.5-30°，齿轮形腔出料侧的齿形面积比齿轮零件所要求的齿形积大5％至40％，一级温挤压成形的齿轮毛坯的齿形面积比齿轮零件所要求的齿形积大5％至40％。

二级温挤压成形凹模有一定径段和向外扩的出料段，出料段在出料侧，在齿轮形腔的定径段的形状与齿轮零件相近似的形腔，所说的与齿轮零件齿形相对应的齿形凹槽，在定径段的齿形为与齿轮零件的齿形相近似的直齿形，进料段的齿顶轴向导流角β1为0.5-30°，进料段的齿根与齿轮形腔轴线的夹角本申请文件中称为齿根轴向导流角β2，β2≥β1，一般β2比β1大0-5°，进料段的径向分流角α1为0.5-30°；定径段的齿形也即经二级温挤压成形后的齿轮毛坯的齿形比齿轮零件所要求的齿形单边大a，a为温挤压成形余量，a的范围一般为0.8-6mm，定径段的齿形面积也即二级温挤压成形的齿轮毛坯的齿形面积比齿轮零件所要求的齿形积大5％至40％，使成形的齿轮毛坯接近于齿轮零件要求；出料段的齿顶与齿轮形腔轴线的夹角在本申请文件中称为齿顶轴向退模角γ1，γ1大于零，γ1为0.5-30°，出料段的齿根与齿轮形腔轴线的夹角本申请文件中称为齿根轴向退模角γ2，齿根轴向退模角γ2大于零即可，出料段的内齿侧面与内齿的对称面的夹角不为零，在本申请文件中称为退模径向分流角α2，α2大于零，出料段的长度一般为5-50mm。

推整形凹模有一定径段和向外扩的出料段，出料段在出料侧，在齿轮形腔的定径段的形状与齿轮零件相近似的形腔，所说的与齿轮零件齿形相对应的齿形凹槽，为了提高推整形的精度，在定径段的齿形为与齿轮零件的齿形相近似的直齿形，进料段的齿顶轴向导流角β1为0.5-30°，进料段的齿根轴向导流角β2，β2≥β1，一般β2比β1大0-5°，进料段的径向分流角α1为0.5-30°；在定径段的齿形即推整形后的齿轮毛坯的齿形比齿轮零件所要求的齿形单边大b，b为推整形余量，b的范围一般为0.1-3.5mm，定径段的齿形面积即推整形后的齿轮毛坯的齿形面积比齿轮零件所要求的齿形面积大5％至30％，；出料段的齿顶轴向退模角γ1为0.5-30°，出料段的齿根轴向退模角γ2，齿根轴向退模角γ2大于零，出料段的退模径向分流角α2大于零即可，出料段的长度为5-50mm。

冷整形凹模有一定径段和向外扩的出料段，出料段在出料侧，在齿轮形腔的定径段的形状与齿轮零件相近似的形腔，所说的与齿轮零件齿形相对应的齿形凹槽，在定径段的齿形为与齿轮零件的齿形相同或相近似的直齿形，进料段的齿顶轴向导流角β1为0.5-30°，进料段的齿根轴向导流角β2，β2≥β1，一般β2比β1大0-5°，进料段的径向分流角α1为0.5-30°；定径段的齿形即冷整形后齿轮毛坯的齿形比齿轮零件所要求的齿形单边大c，c为冷整形余量，c的范围为0.0-2.5mm，多次冷整形最后一次冷整形凹模的c为0.0-0.45mm，定径段的齿形面积即冷整形后的齿轮毛坯的齿形面积比齿轮零件比齿轮零件所要求的齿形面积大0至20％；出料段的齿顶轴向退模角γ1为0.5-30°，出料段的齿根轴向退模角γ2大于零即可，出料段的退模径向分流角α2大于零，出料段的长度为5-50mm。

对用于模数大的齿轮的一组二级温挤压成形凹模、推挤整形凹模、冷整形凹模，上述三种成形模的任一种可采用若干一般为两个或三个整形余量依次减小的凹模。如，两个温挤压成形凹模的温挤压成形余量a分别为5mm，3mm，两个推挤整形凹模的推整形余量b分别为2mm，1mm，两个冷整形凹模的冷整形余量c分别为0.5mm，0.05mm。

二级温挤压成形凹模、推挤整形凹模、冷整形凹模的γ1最好等于γ2。二级温挤压成形凹模、推挤整形凹模、冷整形凹模的出料段最好用线切割机床加工，切割线的方向与出料段的齿形的母线一致，加工出的齿顶轴向退模角γ1等于齿根轴向退模角γ2，而且这样加工出的退模径向分流角α2符合成形工艺要求，也可采用电火花加工。径向分流角α2大于零即可，如0.1°，一般为0.5-30°。

本申请文件中，所说的挤压成形、整形后的齿轮毛坯的齿形与齿轮零件齿形面积相比，如大5％至40％，是大约估计的数，仅供参考，主要由a、b、c确定。

本发明的齿轮精密塑性成形模所用的材料为模具钢，定径段的表面粗糙度不大于Ra1.6。

本发明的齿轮精密塑性成形工艺的第一特点是采用了温挤压成形。

本发明的齿轮精密塑性成形工艺的步骤包括，第一步是将切下的圆柱体坯料加热到400-1100℃；第二步把加热好的坯料装入温挤压成形凹模中，温挤压成接近于齿轮零件齿形形状的齿轮毛坯，齿轮毛坯齿形面积比齿轮零件所要求的齿形面积大5％-40％，温挤压成形是在一级温挤压成形凹模中，压力加在圆柱体坯料的上、下面，挤压成形或再经二级温挤压成形凹模中进行二级温挤压成形，对于模数大的齿轮如模数为m＝5的齿轮，在一级温挤压成形后，进行二级温挤压成形，将一级温挤压成形的坯料在二级温挤压成形凹模进行轴向导流径向分流的等面积的推挤成形，经二级温挤压成形后的齿轮毛坯的齿形比齿轮零件所要求的齿形单边大a，a为温挤压成形余量，a的范围为0.8-6mm，二级温挤压成形可在若干a不等的二级温挤压成形凹模中进行多次，每次的温挤压成形余量a依次减小；一级温挤压成形是将坯料圆周形成圆弧形或直线形齿，同时将齿顶由所需的直线变为圆弧形，金属向齿腔内流动时阻力减小且不需要使金属完全充满齿腔，故降低成形力、提高模具使用寿命；第三步是进行齿形的精密成形、切削加工，使齿形达到齿轮零件所要求的尺寸精度和表面粗糙度。

齿形的精密成形或切削加工有三种：

第一种，将齿轮毛坯冷却到室温后进行切削加工，车端面，车中心孔、拉花键、剃齿或磨齿，使齿形达到齿轮零件所要求尺寸精度和表面粗糙度。

第二种的步骤依次为：将齿轮毛坯冷却到室温后进行表面处理，除去表面氧化层及杂质；进行润滑处理；冷整形，齿轮毛坯装入冷整形凹模的进料侧在齿轮毛坯上施加压力将齿轮毛坯从出料侧推出，冷整形出后的齿轮毛坯的齿形比齿轮零件所要求的齿形单边大c，c为冷整形余量，c为0.0-2.5mm，冷整形后的齿轮毛坯的齿形面积比齿轮零件比齿轮零件所要求的齿形面积大0至20％，冷整形可在若干c不等的冷整形凹模中进行多次，每次的冷整形余量c依次减小，最后一次的冷整形余量c为0.02-0.45mm；切削加工，车端面、车中心孔、拉花键，对于精度高的齿轮零件还应进行剃齿或磨齿，使齿形达到齿轮零件所要求尺寸精度和表面粗糙度。所用齿轮精密塑性成形模的a＞c。

第三种的步骤依次为：把温挤压成形后的齿轮毛坯趁热上下颠倒后放入推整形凹模的进料侧进行推整形，将压力施加在齿轮毛坯上，把齿轮毛坯从出料侧推出，推整形出后的齿轮毛坯的齿形比齿轮零件所要求的齿形单边大b，b为推整形余量，b的范围一般为0.1-3.5mm，b值随模数的增大而增大，推整形后的齿轮毛坯的齿形面积比齿轮零件所要求的齿形面积大5％至30％，推整形可在若干b不等的推整形凹模中进行多次，每次的推整形余量b依次减小；把推整形后的齿轮毛坯冷却到室温进行表面处理，除去表面氧化层及杂质；进行润滑处理；冷整形，齿轮毛坯装入冷整形凹模的进料侧在齿轮毛坯上施加压力将齿轮毛坯从出料侧推出，冷整形出后的齿轮毛坯的齿形比齿轮零件所要求的齿形单边大c，c为冷整形余量，c的范围为0.0-2.5mm，冷整形后的齿轮毛坯的齿形面积比齿轮零件比齿轮零件所要求的齿形面积大0至20％，冷整形可在若干c不等的冷整形凹模中进行多次，每次的冷整形余量c依次减小，最后一次的冷整形余量c为0.02-0.45mm；切削加工，车端面、车中心孔、拉花键，对于精度高的齿轮零件如高于IT7级精度的齿轮应采用剃齿或磨齿，使齿形达到齿轮零件所要求尺寸精度和表面粗糙度。所用齿轮精密塑性成形模的a＞b＞c。

在一级温挤压成形、二级温挤压成形、推整形、冷整形过程中用润滑剂，如油剂石墨润滑剂。

在二级温挤压成形、推挤整形、冷整形过程中均对齿轮毛坯进行径向分流、轴向导流的过程。成形凹模、整形凹模的齿槽具有一定长度的导流锥度，参见图16、图17，外径大于齿根圆的齿轮坯料或坯料在轴向力P的作用下沿导流锥向下运动时，同时有金属的径向流动，让齿根部多余的金属流向齿顶，使齿形充满。金属变形主要发生在齿形部分，因此挤压力小，模具受力状况好、寿命长。

将上述达到齿轮零件所要求尺寸精度和表面粗糙度的齿轮热处理，对于中高碳钢的齿轮可直接淬火，把加工好的齿轮加热到800℃至900℃淬火，对于低碳钢或低-碳合金钢齿轮渗碳、淬火，把加工好的齿轮放入渗碳炉中加热到900℃至1000℃进行渗碳，达到所要求的渗层厚度后降温淬火。

本发明的齿轮精密塑性成形模，在进料段均有齿顶轴向导流角β1和径向分流角α1，成形力小，二级温挤压成形凹模、推整形凹模、冷整形凹模，均有齿根轴向导流角β2，可避免齿根划伤便于齿根成形，特别是二级温挤压成形凹模、推整形凹模、冷整形凹模，均有的出料段，出料段均有齿顶轴向退模角γ1、齿根轴向退模角γ2、退模径向分流角α2，不仅便于退模而且可避免划伤齿轮零件，提高精密塑性成形齿轮的精度和降低表面粗糙度，冷整形后齿轮零件的精度可达IT8级甚至IT7级。

本发明的齿轮精密塑性成形工艺采用温—冷复合成形工艺，对温成形和冷整形的变形量容易进行合理分配。由于温挤压成形所需的轴向压力较小，齿轮成形时85％以上的变形量由温挤压成形得到，使毛坯的形状接近于齿轮零件所要求的尺寸；冷挤压力较大，冷整形只使金属发生很小的塑性变形，主要是提高齿轮齿形尺寸精度和降低表面粗糙度，因此，可降低齿轮成形力，并保证齿轮零件的尺寸精度和表面粗糙度。温成形是一次加热根据产品具体形状或要求分若干次控制变形来实现的。第一次温挤变形时，坯料温度较高，变形抗力较小，变形量可取得较大，以后每次温成形的变形量适当减小。采用本方法可在一台液压机上可设置几个工位同时工作，一个齿轮零件的不同工步可在一台液压机同时完成，也可在其它成形设备上完成，形成流水作业，提高生产效率。如采用一个液压机动力源的多工位数控快速液压机，可根据各工位所需力的大小，对各工位上最大成形力进行控制，以使各工位上金属充满型腔，又不会因用力过大对模具造成损坏，提高模具使用寿命。推挤过程中工件从模具的进料侧进从出料侧推出，解决了齿轮挤压成形时顶出的难题。

本发明的齿轮精密塑性成形工艺与传统的高温锻造后机械切削工艺相比，具有以下优点：

1、减少了切削余量，节省原材料和能源；

2、由于保留了锻造流线完整及细化了组织，提高了齿轮的疲劳强度；

3、可广泛用于各种复杂齿形的齿轮，如摆线型、诺维柯夫型齿轮及非圆齿轮；

4、降低了齿轮生产成本；

5、便于组织连续生产，缩短生产周期，提高生产率

6、减少了对专用机床如插齿机的依赖，对工人技术水平要求低；

与现有齿轮精密塑性成形工艺相比有以下优点：

1、在成形过程中，坯料在径分流，轴向导流，显著降低了齿轮成形力，可成形大模数、长齿形、大直径的齿轮零件，如模数m＝6、齿形长工度为50mm、直径为Φ300mm的齿轮，齿形充填好；

2、采用推挤成形，成形后齿轮脱模容易。

下面结合实施例及其附图详细说明本发明的具体步骤及齿轮精密塑性成形模，但本发明的齿轮精密塑性成形工艺及齿轮精密塑性成形模不局限于下述的实施例。

图1是本发明的一级温挤压成形凹模的俯视图。

图2是沿图1中A-A线的剖面图。

图3是沿图2中的A向视图。

图4是二级温挤压成形凹模的俯视图。

图5是沿图4中B-B线的剖面图。

图6沿图5中的B向视图。

图7是推整形凹模的俯视图。

图8是沿图7中C-C线的剖面图。

图9是冷整形凹模的俯视图。

图10是沿图9中D-D线的剖面图。

沿图8的C向视图，沿图10的D向视图与图6相同，故省略。1、模体                2、齿轮形腔           3、齿形凹槽4、出料侧              5、进料段             6、模体7、齿轮形腔            8、齿形凹槽           9、进料段10、定径段             11、出料段            12、模体13、齿轮形腔           14、齿形凹槽          15、进料段16、定径段             17、出料段            18、模体19、齿轮形腔           20、齿形凹槽          21、进料段22、定径段             23、出料段            24、齿形直槽

图11是齿轮零件轴向剖视图。

图12是图11中齿轮零件的齿轮轴孔图。

图13是一级温挤压成形沿齿轮毛坯轴向的剖面示意图。

图14是一级温挤压成形凹模的齿形凹槽出料侧与齿轮零件齿形对比示意图。

图15是二级温挤压成形沿齿轮毛坯轴向的剖面示意图。

图16是二级温挤压成形、推整形、冷整形时毛坯轴向导流径向分流工作示意图。

图17是二级温挤压成形、推整形、冷整形时毛坯轴向导流径向分流金属流动示意图，即沿图16中F向的视图。

图18是推整形沿齿轮毛坯轴向的剖面示意图。

图19是冷整形沿齿轮毛坯轴向的剖面示意图。

图20是冷整形后齿轮齿形与齿轮零件齿形对比示意图。上述各图的比例不一致。25、齿轮零件            26、齿                 27、齿轮轴孔28、施压模              29、坯料               30、一级温挤压成形凹模31、顶块                32、施压模             33、二级温挤压成形凹模34、齿轮毛坯            35、垫板            36、施压模37、推整形凹模          38、垫板            39、施压模40、冷整形凹模          41、垫板            42、冷整形后的齿

下述各实施例中的施压模28、32、36、39和顶块31的横截面均为与齿轮零件相近似。

本发明的齿轮精密塑性成形模有一级温挤压成形凹模，二级温挤压成形凹模，推整形凹模，冷整形凹模四种。

一级温挤压成形凹模实施例见图1、图2，它有一个模体1，在模体1有轮廓呈齿轮零件形状的两端相通的齿轮形腔2，在齿轮形腔2的内侧分布与齿轮零件的齿形相应的齿形凹槽3，齿轮形腔2只有进料段5，进料段5的齿顶轴向导流角β1为0.5-30°如10°，径向分流角α1为0.5-30°如10°，参见图3，一级温挤压成形凹模的出料侧的齿形面积比齿轮零件所要求的齿形面积大5％至40％，如15％。

本发明的二级温挤压成形凹模实施例见图4、图5、图6，它有一个模体6，在模体6有轮廓呈齿轮零件形状的两端相通的齿轮形腔7，在齿轮形腔7内依次有进料段9、定径段10和向外扩的出料段11，齿形凹槽8在定径段10的齿形为与齿轮零件的齿形相近似的直齿形。它的齿顶轴向导流角β1为1-30°如8°，齿根轴向导流角β2比β1大0-5°如4°，径向分流角α1为0.5-30°如5°。齿顶轴向退模角γ1、齿根轴向退模角γ2为0.5-30°如4°，退模径向分流角α2为0.5-30°如5°，出料段的长度一般为5-50mm。定径段10的齿形面积也即经二级温挤压成形后的齿轮毛坯面积比齿轮零件所要求的齿形面积大5％至40％如15％。二级温挤压成形余量a的范围为0.8-6mm如2.5mm。

本发明的推整形凹模实施例见图7、图8，它有一个模体12，在模体12有轮廓呈齿轮零件形状的两端相通的齿轮形腔13，在齿轮形腔13内依次有进料段15、定径段16和向外扩的出料段17，齿形凹槽14在定径段16的齿形为与齿轮零件的齿形相近似的直齿形。它的齿顶轴向导流角β1为1-30°如8°，齿根轴向导流角β2比β1大0-5°如4°，径向分流角α1为0.5-30°如5°。齿顶轴向退模角γ1、齿根轴向退模角γ2为0.5-30°如4°，退模径向分流角α2为0.5-30°如5°，出料段的长度一般为5-50mm。定径段16的齿形面积也即经推整形成形后的齿轮毛坯面积比齿轮零件所要求的齿形面积大5％至30％如15％。推整形形余量b的范围为0.1-3.5mm如0.2mm。

本发明的冷整形凹模实施例见图9、图10，它有一个模体18，在模体18有轮廓呈齿轮零件形状的两端相通的齿轮形腔19，在齿轮形腔19内依次有进料段21、定径段22和向外扩的出料段23，齿形凹槽24在定径段22的齿形为与齿轮零件的齿形相同或相近似的齿形直槽24。它的齿顶轴向导流角β1为1-30°如8°，齿根轴向导流角β2比β1大0-5°如4°，径向分流角α1为0.5-30°如5°。齿顶轴向退模角γ1、齿根轴向退模角γ2为0.5-30°如4°，退模径向分流角α2为0.5-30°如5°，出料段的长度一般为5-35mm。定径段的齿形面积也即经冷整形成形后的齿轮毛坯面积比齿轮零件所要求的齿形面积大0至20％。冷整形的余量c的范围为0.0-2.5mm最后一次冷整形凹模的c为0.0-0.45mm，如0.1mm。

本发明的齿轮精密塑性成形工艺实施例一是对图11、图12所示齿轮零件的成形，它的齿形为渐形线齿形，在本实施例中，精度为IT7，齿的表面粗糙度为Ra1.6，模数为3，齿数为21，齿轮高为31mm，材料为20CrMnTi(也可用其它齿轮用材料，如20Cr、20CrMo、20CrMnMo、20MnTiB、20MnVB、45、40Cr)，坯料为Φ65×32mm。实施步骤依次为：

1、将切下的圆柱体坯料在中频感应炉中加热到400-1100℃，本实施例加热到850℃；

2、一级温挤压成形，把加热好的坯料29装入图13的一级温挤压成形凹模30中，即图1所示的一级温挤压成形凹模，在YA32-315油压机(也可在吨位大于2500KN的其它油压机上进行)由施压模28从坯料的29上面，顶块31从下面同时进行温挤压成形，并将齿轮轴孔27挤出不挤通。挤压时用油剂石墨润滑剂，挤压力达到2500KN后停止挤压，把工件顶出。一级温挤压成形的齿轮坯料的齿形面积比齿轮零件所要求的齿形面积大25％，参见图14；

3、二级温挤压成形，见图15，把挤压成形的齿轮坯料29趁热立即从进料侧放入二级温挤压成形凹模33即图4所示的二级温挤压成形凹模，在YA32-150油压机进行轴向导流径向分流的等面积的二级温挤压成形，尽可能减少毛坯温度的降低。坯料29在施压模32的推力下推挤成形，从二级温挤压成形凹模33的出料侧推出成齿轮毛坯34，在推挤过程中，对齿轮坯料29进行轴向导流径向分流，其过程参见图16、图17。二级温挤压成形凹模33在本实施例中的齿顶轴向导流角β1为8°，齿根轴向导流角β2比β1大4°，径向分流角α1为5°。齿顶轴向退模角γ1、齿根轴向退模角γ2为4°，退模径向分流角α2为5°，出料段的长度为8mm。二级温挤压成形余量a的为1.4mm，a值使齿轮毛坯34的齿形面积与一级温挤压成形后的齿轮坯料29的齿形面积相等。挤压时以油剂石墨为润滑剂。

4、推挤整形，见图18，把上述二级温挤压成形后得到的齿轮毛坯34上下颠倒后尽可能减少温度的降低趁热从进料侧放入推挤整形凹模37即图7所示的推挤整形凹模中，在YA32-150油压机进行推挤整形，齿轮毛坯34在施压模36的推力下推挤成形，从推挤整形凹模37的出料侧推出。本实施例中推挤整形凹模37的齿顶轴向导流角β1为8°，齿根轴向导流角β2比β1大4°，径向分流角α1为5°。齿顶轴向退模角γ1、齿根轴向退模角γ2为4°，退模径向分流角α2为5°，出料段的长度为14mm。经推整形成形后的齿轮毛坯面积比齿轮零件所要求的齿形面积大10％。推整形余量b为0.6mm。

5、把推整形得到的齿轮毛坯34在空气中冷却到室温；

6、表面处理及润滑处理，把冷却到室温的齿轮毛坯34进行喷砂—酸洗—碱洗—清水洗—磷化—皂化处理；

7、冷整形，见图19，把经工序6处理后的齿轮毛坯34从进料侧装入冷整形凹模40即图9所示的冷整形凹模中，在1000KN油压机上进行冷推挤成形，施压模39将齿轮毛坯34由进料侧经定径段从出料侧推出，本实施例的冷整形凹模40的齿顶轴向导流角β1为8°，齿根轴向导流角β2比β1大2°，径向分流角α1为1°。齿顶轴向退模角γ1、齿根轴向退模角γ2为3°，退模径向分流角α2为3°，出料段的长度为13mm。经冷整形成形后的齿轮毛坯面积比齿轮零件所要求的齿形面积大5％。冷整形的余量c为0.06mm，c作为剃齿余量；

8、切削加工  车齿轮毛坯34的两端面、钻齿轮轴孔27、拉花键、剃齿，使齿形达到零件所要求尺寸精度和表面粗糙度；

9、热处理  即渗碳、淬火，把加工好的齿轮放入渗碳炉中加热到980℃进行渗碳，达到所要求的渗层厚度后降温至850℃左右后淬火。

对于中高碳钢的齿轮可直接淬火，如45#钢。

齿轮零件25的现行制造工艺的步骤依次为：锻造齿轮毛坯、齿轮毛坯正火、钻孔、车两端面、拉花键、精车外圆、精车两端面、滚齿、倒角、剃齿、热处理。

本发明的齿轮精密塑性成形工艺实施例二是对图11、图12所示的齿轮零件成形，它的的齿形为渐形线齿形，精度为IT7，齿的表面粗糙度为Ra1.6，模数为2.5，齿数为25，齿轮高为30mm，材料为20CrMnTi，坯料为Φ65×32mm。本实施步骤依次为：

1、将切下的圆柱体坯料在中频感应炉中加热到400-1100℃，本实施例加热到850℃；

2、一级温挤压成形，把加热好的坯料29装入图13的一级温挤压成形凹模30中，在YA32-315油压机进行温挤压成形，并将齿轮轴孔27挤出不挤通。挤压力达到2500KN后停止挤压，把工件顶出。一级温挤压成形的齿轮坯料的齿形面积比齿轮零件所要求的齿形面积大15％，参见图14；

3、二级温挤压成形，见图15，把挤压成形的齿轮坯料29趁热立即从进料侧放入二级温挤压成形凹模33，在YA32-150油压机进行二级温挤压成形，尽可能减少毛坯温度的降低。坯料29在施压模32的推力下推挤成形，从二级温挤压成形凹模33的出料侧推出成齿轮毛坯34，二级温挤压成形凹模33在本实施例中，它的齿顶轴向导流角β1为8°，齿根轴向导流角β2比β1大4°，径向分流角α1为5°。齿顶轴向退模角γ1、齿根轴向退模角γ2为4°，退模径向分流角α2为5°，出料段的长度为8mm。二级温挤压成形余量a的为0.8mm，a值使齿轮毛坯34的齿形面积与一级温挤压成形后的齿轮坯料29的齿形面积相等。

4、把温挤压得到的齿轮毛坯34在空气中冷却到室温；

5、表面处理及润滑处理，把冷却到室温的齿轮毛坯34进行喷砂—酸洗—碱洗—清水洗—磷化—皂化处理；

6、冷整形，见图19，把经工序5处理后的齿轮毛坯34从进料侧装入冷整形凹模40，在1000KN油压机上进行冷推挤成形，施压模39将齿轮毛坯34由进料侧经定径段出料侧推出，本实施例的冷整形凹模40的齿顶轴向导流角β1为8°，齿根轴向导流角β2比β1大2°，径向分流角α1为1°。齿顶轴向退模角γ1、齿根轴向退模角γ2为3°，退模径向分流角α2为3°，出料段的长度为13mm。经冷整形成形后的齿轮毛坯面积比齿轮零件所要求的齿形面积大5％。冷整形的余量c为0.04mm，c作为剃齿余量；

切削加工、热处理与实施例一的相同。

本发明的齿轮精密塑性成形工艺实施例三是对图11、图12所示齿轮零件的成形，它的齿形为渐形线齿形，在本实施例中，精度为IT7，齿的表面粗糙度为Ra1.6，模数为2.5，齿数为20，齿轮高为31mm，材料为20CrMnTi(也可用其它齿轮用材料，如20Cr、20CrMo、20CrMnMo、20MnTiB、20MnVB、45、40Cr)，坯料为Φ53×32mm。实施步骤依次为：

1、将切下的圆柱体坯料在中频感应炉中加热到400-1100℃，本实施例加热到850℃；

2、一级温挤压成形，把加热好的坯料29装入图13的一级温挤压成形凹模30中，在YA32-315油压机进行温挤压成形，并将齿轮轴孔27挤出。挤压力达到2300KN后停止挤压，把工件顶出。一级温挤压成形的齿轮坯料的齿形面积比齿轮零件所要求的齿形面积大25％，参见图14；

3、推挤整形，见图18，把上述一级温挤压成形后得到的齿轮毛坯34上下颠倒后尽可能减少温度的降低趁热从进料侧放入推挤整形凹模37中，在YA32-150油压机进行推挤整形，齿轮毛坯34在施压模36的推力下推挤成形，从推挤整形凹模37的出料侧推出。本实施例中推挤整形凹模37的齿顶轴向导流角β1为8°，齿根轴向导流角β2比β1大4°，径向分流角α1为5°。齿顶轴向退模角γ1、齿根轴向退模角γ2为4°，退模径向分流角α2为5°，出料段的长度为14mm。经推整形成形后的齿轮毛坯面积比齿轮零件所要求的齿形面积大15％。推整形余量b为0.8mm。

4、把推整形得到的齿轮毛坯34在空气中冷却到室温；

5、表面处理及润滑处理，把冷却到室温的齿轮毛坯34进行喷砂—酸洗—碱洗—清水洗—磷化—皂化处理；

6、冷整形，见图19，把经工序5处理后的齿轮毛坯34从进料侧装入冷整形凹模40中，在1000KN油压机上进行冷推挤成形，施压模39将齿轮毛坯34由进料侧经定径段从出料侧推出，本实施例的冷整形凹模40的齿顶轴向导流角β1为6°，齿根轴向导流角β2比β1大2°，径向分流角α1为6°。齿顶轴向退模角γ1、齿根轴向退模角γ2为3°，退模径向分流角α2为3°，出料段的长度为13mm。经冷整形成形后的齿轮毛坯面积比齿轮零件所要求的齿形面积大5％。冷整形的余量c为0.04mm，c作为剃齿余量；

切削加工、热处理与实施例一的相同。

本发明的齿轮精密塑性成形工艺实施例四是对图11、图12所示齿轮零件的成形，它的齿形为渐形线齿形，在本实施例中，精度为IT7，齿的表面粗糙度为Ra 1.6，模数为2，齿数为30，齿轮高为31mm，材料为20CrMnTi，坯料为Φ63×32mm。实施步骤依次为：

1、将切下的圆柱体坯料在中频感应炉中加热到400-1100℃，本实施例加热到850℃；

2、一级温挤压成形，把加热好的坯料29装入图13的一级温挤压成形凹模30中，在YA32-315油压机进行温挤压成形，并将齿轮轴孔27挤出不挤通。挤压力达到2500KN后停止挤压，把工件顶出。一级温挤压成形的齿轮坯料的齿形面积比齿轮零件所要求的齿形面积大20％，参见图14；

3、把温挤压得到的齿轮毛坯34在空气中冷却到室温；

4、表面处理及润滑处理，把冷却到室温的齿轮毛坯34进行喷砂—酸洗—碱洗—清水洗—磷化—皂化处理；

5、冷整形，见图19，把经工序4处理后的齿轮毛坯34从进料侧装入冷整形凹模40中，在1500KN油压机上进行冷推挤成形，施压模39将齿轮毛坯34由进料侧经定径段从出料侧推出，本实施例的冷整形凹模40的齿顶轴向导流角β1为8°，齿根轴向导流角β2比β1大2°，径向分流角α1为1°。齿顶轴向退模角γ1、齿根轴向退模角γ2为3°，退模径向分流角α2为3°，出料段的长度为13mm。经冷整形成形后的齿轮毛坯面积比齿轮零件所要求的齿形面积大8％。冷整形的余量c为0.07mm，c作为剃齿余量；

切削加工、热处理与实施例一的相同。

本发明的齿轮精密塑性成形工艺实施例五是对图11、图12所示齿轮零件的成形，它的齿形为渐形线齿形，在本实施例中，精度为IT8，齿的表面粗糙度为Ra1.6，模数为3，齿数为19，齿轮高为31mm，材料为20CrMnTi(也可用其它齿轮用材料，如20Cr、20CrMo、20CrMnMo、20MnTiB、20MnVB、45、40Cr)，坯料为Φ60×32mm。实施步骤依次为：

1、将切下的圆柱体坯料在中频感应炉中加热到400-1100℃，本实施例加热到850℃；

2、一级温挤压成形，把加热好的坯料29装入图13的一级温挤压成形凹模30中，在YA32-315油压机进行温挤压成形，并将齿轮轴孔27挤出不挤通。挤压力达到2500KN后停止挤压，把工件顶出。一级温挤压成形的齿轮坯料的齿形面积比齿轮零件所要求的齿形面积大25％，参见图14；

3、二级温挤压成形，见图15，把挤压成形的齿轮坯料29趁热立即从进料侧放入二级温挤压成形凹模33，在YA32-150油压机进行轴向导流径向分流的等面积的二级温挤压成形，尽可能减少毛坯温度的降低。坯料29在施压模32的推力下推挤成形，从二级温挤压成形凹模33的出料侧推出成齿轮毛坯34，二级温挤压成形凹模33在本实施例中，它的齿顶轴向导流角β1为8°，齿根轴向导流角β 2比β1大4°，径向分流角α1为5°。齿顶轴向退模角γ1、齿根退轴向退模角γ2为4°，退模径向分流角α2为5°，出料段的长度为8mm。二级温挤压成形余量a的为1.4mm，a值使齿轮毛坯34的齿形面积与一级温挤压成形后的齿轮坯料29的齿形面积相等。挤压时以油剂石墨为润滑剂。

4、推挤整形，见图18，把上述二级温挤压成形后得到的齿轮毛坯34上下颠倒后尽可能减少温度的降低趁热从进料侧放入推挤整形凹模37中，在YA32-150油压机进行推挤整形，齿轮毛坯34在施压模36的推力下推挤成形，从推挤整形凹模37的出料侧推出。本实施例中推挤整形凹模37的齿顶轴向导流角β1为8°，齿根轴向导流角β2比β1大4°，径向分流角α1为5°。齿顶轴向退模角γ1、齿根轴向退模角γ2为4°，退模径向分流角α2为3°，出料段的长度为14mm。经推整形成形后的齿轮毛坯面积比齿轮零件所要求的齿形面积大10％，推整形余量b＝0.6。

5、把推整形得到的齿轮毛坯34在空气中冷却到室温；

6、表面处理及润滑处理，把冷却到室温的齿轮毛坯34进行喷砂—酸洗—碱洗—清水洗—磷化—皂化处理；

7、冷整形，见图19，把经工序6处理后的齿轮毛坯34从进料侧装入冷整形凹模40中，在1000KN油压机上进行冷推挤成形，施压模39将齿轮毛坯34由进料侧经定径段从出料侧推出，本实施例的冷整形凹模40的齿顶轴向导流角β1为8°，齿根轴向导流角β2比β1大2°，径向分流角α1为4°。齿顶轴向退模角γ1、齿根轴向退模角γ2为3°，退模径向分流角α2为3°，出料段的长度为13mm。经冷整形成形后的齿轮毛坯面积与齿轮零件所要求的齿形面积相等。冷整形的余量c为0。

不剃齿，切削加工、热处理的其它工序与实施例一相同。

本发明的齿轮精密塑性成形工艺实施例六是对图11、图12所示齿轮零件的成形，它的齿形为渐形线齿形，在本实施例中，精度为IT7，齿的表面粗糙度为Ra1.6，模数为1.5，齿数为40，齿轮高为25mm，材料为20CrMnTi(也可用其它齿轮用材料，如20Cr、20CrMnTi、20CrMo、20CrMnMo、20MnTiB、20MnVB、45、40Cr)，坯料为Φ63×27mm。实施步骤依次为：

1、将切下的圆柱体坯料在中频感应炉中加热到400-1100℃，本实施例加热到850℃；

2、一级温挤压成形，把加热好的坯料29装入图13的一级温挤压成形凹模30中，在YA32-315油压机进行温挤压成形，并将齿轮轴孔27挤出不挤通。挤压力达到2500KN后停止挤压，把工件顶出。一级温挤压成形的齿轮坯料的齿形面积比齿轮零件所要求的齿形面积大20％，参见图14；

3、把温挤压得到的齿轮毛坯34在空气中冷却到室温；

4、表面处理及润滑处理，把冷却到室温的齿轮毛坯34进行喷砂—酸洗—碱洗—清水洗—磷化—皂化处理；

5、冷整形，见图19，把经工序4处理后的齿轮毛坯34从进料侧装入冷整形凹模40中，在1000KN油压机上进行冷推挤成形，施压模39将齿轮毛坯34由进料侧经定径段从出料侧推出，本实施例的冷整形凹模40的齿顶轴向导流角β1为8°，齿根轴向导流角β2比β1大2°，径向分流角α1为1°。齿顶轴向退模角γ1为3°，齿根退轴向退模角γ2为3°，退模径向分流角α2为3°，出料段的长度为13mm。经冷整形成形后的齿轮毛坯面积与齿轮零件所要求的齿形面积相等，冷整形的余量c为0；

6、切削加工  车齿轮毛坯34的两端面、钻齿轮轴孔27、拉花键，不剃齿。

7、热处理  即渗碳、淬火，把加工好的齿轮放入渗碳炉中加热到980℃进行渗碳，达到所要求的渗层厚度后降温至850℃淬火。

本发明的齿轮精密塑性成形工艺实施例七是对图11、图12所示齿轮零件的成形，它的齿形为渐形线齿形，在本实施例中，精度为IT6，齿的表面粗糙度为Ra0.8，模数为6，齿数45，齿轮高为40mm，材料为20CrMnTi，坯料为Φ280×43mm。本实施步骤依次为：

1、将切下的圆柱体坯料在中频感应炉中加热到850℃；

2、一级温挤压成形，把加热好的坯料29装入图13的一级温挤压成形凹模30中，在YA32-315油压机上进行，压力达到2500KN后停止挤压，把工件顶出。

3、二级温挤压成形，见图15，把挤压成形的齿轮坯料29趁热立即依次放入两个温挤压成形余量a不同的两个二级温挤压成形凹模33，在YA32-150油压机进行两次二级温挤压成形，二级温挤压成形凹模33在本实施例中，它们的齿顶轴向导流角β1为8°，齿根轴向导流角β2比β1大4°，径向分流角α1为5°。齿顶轴向退模角γ1、齿根轴向退模角γ2为4°，退模径向分流角α2为5°，出料段的长度为18mm。二级温挤压成形余量a分别为5.5mm、4.0mm，使齿轮毛坯34的齿形面积与一级温挤压成形后的齿轮坯料29的齿形面积相等。挤压时以油剂石墨为润滑剂。

4、推挤整形，见图18，把上述二级温挤压成形后得到的齿轮毛坯34上下颠倒后尽可能减少温度的降低趁热依次放入推整形余量b不同的两个推挤整形凹模37中，在YA32-150油压机进行两次推挤整形。本实施例中推挤整形凹模37的齿顶轴向导流角β1为8°，齿根轴向导流角β2比β1大4°，径向分流角α1为5°。齿顶轴向退模角γ1、齿根轴向退模角γ2为4°，退模径向分流角α2为5°，出料段的长度为18mm。推整形形余量b分别为2.8mm、1.8mm。

5、把推整形得到的齿轮毛坯34在空气中冷却到室温；

6、表面处理及润滑处理，把冷却到室温的齿轮毛坯34进行喷砂—酸洗—碱洗—清水洗—磷化—皂化处理；

7、冷整形，见图19，把经工序6处理后的齿轮毛坯34依次装入冷整形余量c不同的两个冷整形凹模40中，在1000KN油压机上进行两次冷推挤成形。本实施例的冷整形凹模40的齿顶轴向导流角β1为8°，齿根轴向导流角β2比β1大2°，径向分流角α1为2°。齿顶轴向退模角γ1、齿根退轴向退模角γ2为3°，退模径向分流角α2为3°，出料段的长度为23mm。冷整形的余量c分别为0.9mm、0.04mm，0.04mm作为磨齿余量；

8、切削加工  车齿轮毛坯34的两端面、钻齿轮轴孔27、拉花键。

9、热处理  即渗碳、淬火，把加工好的齿轮放入渗碳炉中加热到980℃进行渗碳，达到所要求的渗层厚度后降温到850℃后淬火。

10、磨齿  使齿形达到零件所要求尺寸精度和表面粗糙度；

上述成形工艺各实施例中，如齿轮零件精度低于IT7，可进行多次冷整形，使最后一道冷整形时的c＝0，即可达到要求；对于表面粗糙度小的齿轮零件，如Ra0.8的应磨齿；一级温挤压成形工艺的一级温挤压成形凹模的齿顶轴向导流角β1为4°，径向分流角α1为5°。

本申请文件所说的切削加工指：车削、铣削、刨削、钻孔、拉削、剃削中任一种或几种，不包括磨齿；本申请中冷整形余量c是定径段的齿形即冷整形后的齿轮毛坯的齿42比齿轮零件所要求的齿26单边大c，参见图20，二级温挤压成形余量a、推整形余量b也可参见图20；所说的冷却到室温最好是有控制得冷却到室温。

Claims (10)

1、一种齿轮精密塑性成形模，它有一个模体，在模体有轮廓呈齿轮零件形状的两端相通的齿轮形腔，在齿轮形腔的内侧分布与齿轮零件的齿形相对应的齿形凹槽，齿轮形腔在进料侧有一进料段，其特征是：进料段的齿顶与齿轮形腔轴线的夹角为齿顶轴向导流角β1，β1为0.5-30°，在进料段的内齿侧面与内齿的对称面的夹角为进料径向分流角α1，α1为0.5-30°。

2、根据权利要求1所述的齿轮精密塑性成形模，其特征是：它有一定径段和向外扩的出料段，所说的与齿轮零件齿形相对应的齿形凹槽，在定径段的齿形为与齿轮零件的齿形相近似的直齿形，进料段的齿顶轴向导流角β1，β1为0.5-30°，进料段的齿根与齿轮形腔轴线的夹角为齿根轴向导流角β2，β2≥β1，进料段的径向分流角α1为0.5-30°；定径段的齿形比齿轮零件所要求的齿形单边大a，a为温挤压成形余量，a的范围为0.8-6mm；出料段的齿顶与齿轮形腔轴线的夹角为齿顶轴向退模角γ1，γ1为0.5-30°，出料段的齿根与齿轮形腔轴线的夹角为齿根轴向退模角γ2，齿根轴向退模角γ2大于零，出料段的内齿侧面与内齿的对称面的夹角为退模径向分流角α2，α2大于零。

3、根据权利要求1所述的齿轮精密塑性成形模，其特征是：它有一定径段和向外扩的出料段，所说的与齿轮零件齿形相对应的齿形凹槽，在定径段的齿形为与齿轮零件的齿形相近似的直齿形，进料段的齿顶轴向导流角β1为1-30°，进料段的齿根轴向导流角β2，β2≥β1，进料段的径向分流角α1为0.5-30°；在定径段的齿形比齿轮零件所要求的齿形单边大b，b为推整形余量，b的范围为0.1-3.5mm；出料段的齿顶轴向退模角γ1为0.5-30°，出料段的齿根轴向退模角γ2，齿根轴向退模角γ2大于零，出料段的退模径向分流角α2大于零。

4、根据权利要求1所述的齿轮精密塑性成形模，它有一个定径段和向外扩的出料段，所说的与齿轮零件齿形相对应的齿形凹槽，在定径段的齿形为与齿轮零件的齿形相同或相近似的直齿形，进料段的齿顶轴向导流角β1为0.5-30°，进料段的齿根轴向导流角β2，β2≥β1，进料段的径向分流角α1为0.5-30°；定径段的齿形比齿轮零件所要求的齿形单边大c，c为冷整形余量，c的范围为0.0-2.5mm；出料段的齿顶轴向退模角γ1为0.5-30°，出料段的齿根轴向退模角γ2大于零，出料段的退模径向分流角α2大于零。

5、根据权利要求4所述的齿轮精密塑性成形模，其特征是：所说的冷整形余量c为0.02-0.45mm。

6、根据权利要求2或3或4或5所述的齿轮精密塑性成形模，其特征是：γ1＝γ2。

7、一种齿轮精密塑性成形工艺，其步骤包括，第一步是将切下的圆柱体坯料加热到400-1100℃；第二步把加热好的坯料装入齿轮精密塑性成形模中进行温挤压成形，压力加在圆柱体坯料的上、下面，温挤压成接近于齿轮零件齿形形状的齿轮毛坯，温挤压成形是在权利要求1所述的齿轮精密塑性成形模中进行一级温挤压成形或再装入权利要求2所述的齿轮精密塑性成形模中进行最少一次二级温挤压成形，经二级温挤压成形后的齿轮毛坯的齿形比齿轮零件所要求的齿形单边大a，a为温挤压成形余量，a的范围为0.8-6mm；第三步是进行齿形的精密成形、切削加工，使齿形达到齿轮零件所要求的尺寸精度和表面粗糙度。

8、根据权利要求7所述的齿轮精密塑性成形工艺，其特征是所说的齿形精密切削加工的步骤依次为：将齿轮毛坯冷却到室温后进行车削、剃齿。

9、根据权利要求7所述的齿轮精密塑性成形工艺，其特征是所说的齿形精密成形、切削加工的步骤依次为：将齿轮毛坯冷却到室温后进行表面处理除去表面氧化层及杂质后进行润滑处理；冷整形，将齿轮毛坯装入权利要求4所述的齿轮精密塑性成形模中在齿轮毛坯上施加压力将齿轮毛坯从出料侧推出进行最少一次冷整形，冷整形出后的齿轮毛坯的齿形比齿轮零件所要求的齿形单边大c，c为冷整形余量，c为0.0-2.5mm；切削加工；所用两种齿轮塑性精密成形模的a＞c。

10、根据权利要求7所述的齿轮精密塑性成形工艺，其特征是所说的齿形的精密成形、切削加工的步骤依次为：把温挤压成形后的齿轮毛坯趁热上下颠倒后放入权利要求3所述的齿轮精密塑性成形模中进行最少一次推整形，将压力施加在齿轮毛坯上，把齿轮毛坯从出料侧推出，推整形出后的齿轮毛坯的齿形比齿轮零件所要求的齿形单边大b，b为推整形余量，b的范围为0.1-3.5mm；把推整形后的齿轮毛坯冷却到室温进行表面处理除去表面氧化层及杂质后进行润滑处理；冷整形，将齿轮毛坯装入权利要求4所述的齿轮精密塑性成形模中在齿轮毛坯上施加压力将齿轮毛坯从出料侧推出进行最少一次冷整形，冷整形出后的齿轮毛坯的齿形比齿轮零件所要求的齿形单边大c，c为冷整形余量，c为0.0-2.5mm；切削加工；所用三种齿轮塑性精密成形模的a＞b＞c。

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