專利名稱：一種汽車后橋從動(dòng)螺旋錐齒輪精密熱鍛的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于塑性成形技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種汽車后橋從動(dòng)螺旋錐齒輪精密熱鍛的方法。
背景技術(shù)：
螺旋錐齒輪是應(yīng)用廣泛的機(jī)械傳動(dòng)元件，主要用于傳遞兩相交或交錯(cuò)軸間的運(yùn)動(dòng)，是汽車工業(yè)中使用量大面廣的一種常用零件。螺旋錐齒輪一般用于圓周速度較高的傳動(dòng)，與直錐齒輪相比，具有傳動(dòng)比大，傳動(dòng)平穩(wěn)，嚙合噪音小，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。螺旋錐齒輪副一般由一對(duì)螺旋錐齒輪組成，即主動(dòng)螺旋錐齒輪和從動(dòng)螺旋錐齒輪。螺旋錐齒輪傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝路線包括下料、鍛造、粗精車毛坯、粗精銑齒、熱處理、 精磨(研)齒加工等多道工序，加工設(shè)備主要為美國(guó)格利森公司的銑齒機(jī)，價(jià)格高昂。該方法存在的缺陷有1.工藝過程復(fù)雜，材料利用率低，成本高；2.切斷了內(nèi)部金屬流線，使齒輪的接觸和彎曲強(qiáng)度下降，使用壽命大打折扣；3.生產(chǎn)周期長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低。齒輪的精鍛成形技術(shù)是指由坯料經(jīng)過精鍛直接獲得完整齒形，齒面不需要加工或者僅需要少量加工即可使用的技術(shù)。與傳統(tǒng)加工工藝相比，其優(yōu)勢(shì)在于1.改善了齒輪的組織，提高了力學(xué)性能，精鍛使得金屬材料沿齒形均勻連續(xù)分布，齒輪彎曲強(qiáng)度，接觸疲勞強(qiáng)度和耐沖擊性明顯高于切削齒輪；2.鍛件整體或部分無需后續(xù)切削加工，節(jié)省了大量加工時(shí)間，材料利用率和生產(chǎn)效率大幅提高，降低了生產(chǎn)成本；3.嚙合平穩(wěn)性好，噪音低； 4.生產(chǎn)周期短，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境污染低，符合現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)，低成本消耗， 高性能零件的加工期望。近年來一些院校及科研機(jī)構(gòu)開始研究從動(dòng)螺旋錐齒輪的精密模鍛工藝，一般的工藝路線為下料、加熱、鐓粗、沖孔、碾環(huán)、再次加熱、預(yù)鍛、終鍛、表面處理、整形、機(jī)加工等。這種工藝過程較復(fù)雜，毛坯制備需要專門的碾環(huán)設(shè)備。有的單位為了制備形狀合適的坯料，直接采用大直徑的棒料車制成接近終鍛件的環(huán)形毛坯，然后加熱鍛造成形，這種方法加工毛坯時(shí)間長(zhǎng)，拖慢了整個(gè)生產(chǎn)周期，且材料利用率低。螺旋錐齒輪形狀特殊，具有螺旋的節(jié)線，成形過程中金屬流動(dòng)阻力大，模具充填困難。在填充過程中模具應(yīng)力大，模具使用壽命低。成形結(jié)束后，脫模也是一大難題，當(dāng)螺旋角較大時(shí)，常規(guī)的垂直脫模方式會(huì)損傷已成形的齒面，從而使得工件不合格。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種汽車后橋從動(dòng)螺旋錐齒輪精密熱鍛的方法，解決傳統(tǒng)螺旋錐齒輪精密熱鍛工藝過程復(fù)雜、低效，材料利用率低、模具壽命低的問題，同時(shí)解決螺旋錐齒輪成形中的材料充填和脫模問題。一種汽車后橋從動(dòng)螺旋錐齒輪精密熱鍛的方法，按照如下步驟進(jìn)行(I)依據(jù)體積不變?cè)瓌t，計(jì)算棒料尺寸，將棒料按照計(jì)算好的尺寸鋸成段，制成坯料；
(2)將坯料加熱到 1100-1200°c ；(3)將加熱后的坯料放到壓力機(jī)下鐓粗，使之成圓餅狀；(4)將鐓粗件放入預(yù)鍛模具上預(yù)鍛，所得預(yù)鍛件形狀與齒輪產(chǎn)品外形接近，不帶齒，內(nèi)側(cè)上、下端帶盲孔；(5)將預(yù)鍛件放到?jīng)_孔模具上進(jìn)行沖孔，沖掉預(yù)鍛件的一部分內(nèi)孔連皮；(6)將沖孔件放入終鍛模具中進(jìn)行終鍛，終鍛工步形成齒部。整個(gè)加工過程中，各工序之間的銜接應(yīng)該盡可能緊湊，使得終鍛結(jié)束后，齒輪的溫度仍然在相變溫度以上，從而減少殘留的內(nèi)應(yīng)力。所述預(yù)鍛模具、沖孔模具、終鍛模具在加工前需要進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為 150。。-200。。。所述預(yù)鍛模具、終鍛模具在設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)模具及坯料的變形和熱膨脹做出補(bǔ)償，以保證鍛出的齒輪滿足精度要求。所述沖孔件帶有上、下臺(tái)階孔，以便于終鍛工序中的鍛前坯料定位和鍛后鍛件頂出，中間的通孔能夠形成終鍛工序的中心分流，從而降低模具應(yīng)力，延長(zhǎng)模具壽命。所述終鍛模具為閉式，以保證良好的材料充填，并減小由于飛邊帶來的過多的材料消耗，提高材料利用率。終鍛模齒形凹模在上，終鍛結(jié)束后，終鍛件在蝶形彈簧作用下向下脫模，并且由于慣性相對(duì)齒形凹模作微小旋轉(zhuǎn)，從而避免脫模過程中損傷已成形齒面和齒形凹模。本發(fā)明的有益效果(1)坯料制備簡(jiǎn)單，工藝流程簡(jiǎn)單、高效，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
(2)材料利用率高，成本低。(3)模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能降低模具所受應(yīng)力和受熱，延長(zhǎng)模具的使用壽命。(4)能有效的脫模，不損傷齒輪的齒面。(5)成形的齒輪內(nèi)部組織流線連續(xù)，力學(xué)性能好，使用壽命長(zhǎng)。


圖I為從動(dòng)螺旋錐齒輪剖視圖。圖2為從動(dòng)螺旋錐齒輪三維結(jié)構(gòu)圖。圖3為從動(dòng)螺旋錐齒輪熱精鍛工藝流程圖；其中，a_下料，b_繳粗，C-預(yù)鍛，d_沖孔，e_終鍛。圖4為終鍛模具開模狀態(tài)示意圖；其中，41-彈簧擋圈，42-齒形凹模，43-碟形彈簧，44-模殼，45-上頂桿，46-沖孔后的預(yù)鍛件，47-下頂塊，48-下模，49-頂桿。圖5為終鍛模具閉合狀態(tài)示意圖；其中，51-終鍛件。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例I一種汽車后橋從動(dòng)螺旋錐齒輪(圖I、圖2)精密熱鍛的方法，按照如下步驟進(jìn)行(I)首先設(shè)計(jì)鍛件各成形工步的形狀，基于體積相等原則計(jì)算出棒料的尺寸，保證合適的高徑比，然后車制圓柱形棒料(圖3a)，可以先將坯料表面的氧化皮車掉以提高下料精度。(2)將車好的棒料加熱到1100-1200°C，取出置于壓力機(jī)下進(jìn)行鐓粗，鐓粗成圓餅狀的鐓粗件(圖3b)。(3)將鐓粗件放入預(yù)鍛模具中，鍛成上、下帶盲孔的預(yù)鍛件(圖3c)，預(yù)鍛件為環(huán)狀，外形接近終鍛件，不同之處在于沒有齒形。(4)將預(yù)鍛件取出，放入沖孔模具進(jìn)行沖孔(圖3d)，將內(nèi)孔連皮沖掉一部分。得到的沖孔件帶有上、下臺(tái)階孔，以便于終鍛工序中的鍛前坯料定位和鍛后鍛件頂出，中間的通孔能夠形成終鍛工序的中心分流。(5)將沖孔件放入終鍛模具中進(jìn)行終鍛，得到終鍛件(圖3e)。終鍛模結(jié)構(gòu)如圖4、 圖5所示。終鍛的操作過稱為如圖4所示，在開模狀態(tài)下，將沖孔件放到由頂桿49支撐浮起的下頂塊47上，利用下頂塊中間凸起部分與沖孔件下端的臺(tái)階內(nèi)孔定位，這一階段，熱坯料只與下頂塊的上端面接觸，與模具其他部分均不接觸，有利于減小模具承受熱載荷的時(shí)間，提高模具壽命。上模下行，首先，上頂桿45先接觸坯料，并在碟形彈簧43的作用下，將工件壓在上頂桿和下頂塊之間，隨著壓力機(jī)的繼續(xù)下行，模殼44與下模48閉合，從而在下模、模殼、齒形凹模42、上頂桿、下頂塊之間產(chǎn)生一個(gè)封閉的模腔，坯料在這一封閉的模腔中流動(dòng)、變形， 充滿凹模的齒形部分，多余的材料，流向沖孔件的中間通孔部分，起到中心分流的效果，如圖5所示，中心分流能夠大大降低成形最后階段模具所受的應(yīng)力，提高模具使用壽命。之后上模上行，下頂塊47在頂桿49的作用下向上浮動(dòng)，終鍛件51即隨齒形凹模 42上行，上頂桿45下端面作用在工件上端的臺(tái)階孔上，在碟形彈簧的作用下將工件向下推出模腔。這時(shí)，由于工件已經(jīng)稍有冷卻而收縮，將會(huì)很容易與齒形凹模以及模殼、上頂桿分離，當(dāng)螺旋角較大不能垂直脫模時(shí)，終鍛件會(huì)在慣性作用下相對(duì)齒形凹模作微小旋轉(zhuǎn)，從而在不損傷已成形齒面和齒形凹模的情況下完成脫模。應(yīng)控制各個(gè)工序的時(shí)間，工序銜接盡量緊湊，使得終鍛結(jié)束后，鍛件的溫度仍然在所用材料的相變線以上。預(yù)鍛模和終鍛模設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮坯料、模具的熱膨脹和彈性變形，有針對(duì)性地做出補(bǔ)償，以保證最終鍛件的精度。
權(quán)利要求
1.一種汽車后橋從動(dòng)螺旋錐齒輪精密熱鍛的方法，其特征在于，按照如下步驟進(jìn)行(1)依據(jù)體積不變?cè)瓌t，計(jì)算棒料尺寸，將棒料按照計(jì)算好的尺寸鋸成段，制成坯料；(2)將坯料加熱到1100-1200。。；(3)將加熱后的坯料放到壓力機(jī)下鐓粗，使之成圓餅狀；(4)將鐓粗件放入預(yù)鍛模具上預(yù)鍛，所得預(yù)鍛件形狀與齒輪產(chǎn)品外形接近，不帶齒，內(nèi)側(cè)上、下端帶盲孔；(5)將預(yù)鍛件放到?jīng)_孔模具上進(jìn)行沖孔，沖掉預(yù)鍛件的一部分內(nèi)孔連皮；(6)將沖孔件放入終鍛模具中進(jìn)行終鍛，終鍛工步形成齒部，終鍛結(jié)束后保持工件的溫度在相變線以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種汽車后橋從動(dòng)螺旋錐齒輪精密熱鍛的方法，其特征在于， 所述預(yù)鍛模具、沖孔模具、終鍛模具在加工前需要進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為150°C -200°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種汽車后橋從動(dòng)螺旋錐齒輪精密熱鍛的方法，其特征在于， 所述預(yù)鍛模具、終鍛模具在設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)模具及坯料的變形和熱膨脹做出補(bǔ)償，以保證鍛出的齒輪滿足精度要求。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種汽車后橋從動(dòng)螺旋錐齒輪精密熱鍛的方法，其特征在于， 所述沖孔件帶有上、下臺(tái)階孔，以便于終鍛工序中的鍛前坯料定位和鍛后鍛件頂出，中間的通孔能夠形成終鍛工序的中心分流，從而降低模具應(yīng)力，延長(zhǎng)模具壽命。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種汽車后橋從動(dòng)螺旋錐齒輪精密熱鍛的方法，其特征在于， 所述終鍛模具為閉式，齒形凹模在上，終鍛結(jié)束后，終鍛件在蝶形彈簧和慣性作用下向下旋轉(zhuǎn)脫模，從而避免脫模過程中損傷已成形齒面和齒形凹模。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于塑性成形技術(shù)領(lǐng)域的一種汽車后橋從動(dòng)螺旋錐齒輪精密熱鍛的方法。該方法的操作步驟為首先將事先計(jì)算好尺寸的圓柱形坯料加熱到1100-1200℃，然后將坯料鐓粗，成為圓餅狀，然后將鐓粗件放入預(yù)鍛模具中進(jìn)行預(yù)鍛，然后將預(yù)鍛件放入沖孔模具沖掉部分內(nèi)孔連皮，最后將沖孔件放入終鍛模具中進(jìn)行終鍛。該方法僅需一次加熱，生產(chǎn)效率高，節(jié)約大量材料，模具壽命高，適合大規(guī)模生產(chǎn)，精鍛的螺旋錐齒輪只需少量的后續(xù)切削加工，其組織性能和力學(xué)性能大大提高。
文檔編號(hào)B21J13/02GK102581208SQ20121004130
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月21日
發(fā)明者梁好, 趙揚(yáng)揚(yáng), 陳英 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)