中大模數(shù)圓柱齒輪的成形工藝及其專用模具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種中大模數(shù)圓柱齒輪的成形工藝及其專用模具，該工藝為：首先對原材料進(jìn)行預(yù)處理形成空心坯料，然后對空心坯料進(jìn)行預(yù)成形溫鍛處理形成齒輪初坯，接著對齒輪初坯進(jìn)行精成形冷擠齒整形處理形成齒輪原始坯，最后對齒輪原始坯進(jìn)行鼓形齒精加工處理和熱處理。該專用模具，包括內(nèi)模和套設(shè)在內(nèi)模外側(cè)的外模套，在所述內(nèi)模中間開有齒形模腔，所述內(nèi)模與外模套采用小錐度過盈配合連接。本發(fā)明提高了生產(chǎn)中大模數(shù)齒輪時，鋼材的利用率，降低了齒輪生產(chǎn)的周期和生產(chǎn)耗能成本，且使得生產(chǎn)出來的齒輪上的齒的抗彎曲強(qiáng)度大大提升。
【專利說明】中大模數(shù)圓柱齒輪的成形工藝及其專用模具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于齒輪成形【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及齒輪冷擠齒工藝，尤其涉及中大模數(shù)圓柱齒輪的成形工藝及其專用模具。
【背景技術(shù)】
[0002]農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品中大量使用中大模數(shù)的圓柱齒輪，以適應(yīng)工作環(huán)境較差，負(fù)荷較大，連續(xù)工作時間較長，短時超載時間占比例較高的工作要求，這類齒輪長期以來一直是以普通的機(jī)械加工為唯一的生產(chǎn)方法。而這類零件又是各種農(nóng)機(jī)產(chǎn)品中的主要傳動件。
[0003]圓柱齒輪類零件的常規(guī)制造方法一般為:下料，熱鍛，正火，機(jī)械加工，熱處理，精加工成為成品零件。其中在機(jī)械加工中把大量的金屬材料經(jīng)刀具的切削成為鐵屑，浪費(fèi)了大量的鋼材材料，同時由于使用各種機(jī)床和刀具的加工，使得加工的周期變長，占用了大量的加工時間，消耗了大量的電量，且抗彎強(qiáng)度不夠好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種中大模數(shù)圓柱齒輪的成形工藝及其專用模具，在生產(chǎn)中大模數(shù)齒輪時，提高了鋼材的利用率，降低了齒輪生產(chǎn)的周期和生產(chǎn)耗能成本，且使得生產(chǎn)出來的齒輪上的齒的抗彎曲強(qiáng)度大大提升。
[0005]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種中大模數(shù)圓柱齒輪的成形工藝，首先對原材料進(jìn)行預(yù)處理形成空心坯料，然后對空心坯料進(jìn)行預(yù)成形溫鍛處理形成齒輪初坯，接著對齒輪初坯進(jìn)行精成形冷擠齒整形處理形成齒輪原始坯，最后對齒輪原始坯進(jìn)行鼓形齒精加工處理和熱處理。具體步驟如下:
[0007](I)首先根據(jù)齒輪實(shí)體的大小下料，原材料經(jīng)拋丸處理，消除表面凸凹面和氧化皮后，將所述的原材料加熱至115_125°C，進(jìn)行冷沖壓擠出內(nèi)孔并切邊形成空心坯料，所述空心坯料再經(jīng)表面涂敷抗氧化劑，加熱至800°C -850°C時，在鍛模內(nèi)溫鍛出并切邊形成齒輪初還;
[0008](2)然后在齒輪初坯表面涂敷一層磷皂化膜，在密閉狀態(tài)下的冷擠齒整形模具中，分多步進(jìn)行冷擠齒整形齒輪初還，最后冷擠齒形成齒輪原始還，且在每次冷擠齒整形時都在齒輪初坯表面重新涂敷一層磷皂化膜；
[0009](3)最后將齒輪原始坯的齒面定位在立式拉床上，在其齒面進(jìn)行鼓形齒精加工，所述齒輪原始坯距齒根0.6倍齒高位置沿齒面到齒頂進(jìn)行逐漸收縮，最大收縮量為0.02倍的齒高，在距離兩端面為齒寬的0.2倍處，分別向兩端面進(jìn)行逐漸收縮，最大收縮量為0.01倍齒聞，隨后進(jìn)行熱處理，完成所有加工工序。
[0010]中大模數(shù)圓柱齒輪的成形工藝過程中，使得空心坯料在加熱至800°C -850°c的溫度進(jìn)行溫鍛時，且在空心坯料外表面涂敷一層抗氧化劑，使得空心坯料在溫鍛時，表面不會生成氧化皮，還可以保證齒輪初坯的精度和質(zhì)量較傳統(tǒng)工藝更加精良。在進(jìn)行齒輪初坯冷擠齒整形工序時，在齒輪初坯外表面涂敷一層磷皂化膜，使得齒輪初坯在冷擠齒變形時與模具間的摩擦系數(shù)減小，防止出現(xiàn)邊界摩擦，在此基礎(chǔ)上，冷擠齒整形齒輪初坯工序分多步完成，形成齒輪原始坯，并且在每次冷沖齒整形時都重新在齒輪初坯表面重新涂敷一層磷皂化膜。分解為若干次的冷擠齒整形，可以讓每次冷擠齒的變形量控制在材料的形變范圍內(nèi)，有利于制造出來的成品齒輪的整體強(qiáng)度。最后再對齒輪原始坯進(jìn)行鼓形齒精加工，可以使齒面多余的材料流向齒根以加固齒的抗彎強(qiáng)度。
[0011]更進(jìn)一步的，所述的抗氧化劑為液化石墨乳。
[0012]中大模數(shù)圓柱齒輪的成形工藝的專用模具包括內(nèi)模和套設(shè)在內(nèi)模外側(cè)的外模套，所述內(nèi)模由硬性材料制成，所述外模套由韌性材料制成，在所述內(nèi)模中間開有齒形模腔，所述齒形模腔的齒厚為成形圓柱齒輪的齒厚沿齒根到齒頂逐漸增厚后的尺寸，且增厚的齒厚最大值在0.01-0.02倍齒高之間，所述內(nèi)模與外模套采用小錐度過盈配合連接。
[0013]更進(jìn)一步的，所述內(nèi)模的制成材料為65Nb模具鋼或者合金工具鋼，所述外模套的制成材料為H13模具鋼或者9CRWMN模具鋼，由于外模套的制作材料是韌性材料，所以具備較好的塑性，可以充分保護(hù)內(nèi)模在冷擠的過程中不會發(fā)生開裂之類的破壞。
[0014]更進(jìn)一步的，所述內(nèi)模與外模套之間的過盈量在1-1.5_之間，采用加壓熱套法在外模套溫度較高時，壓在內(nèi)模的外部，冷卻后，內(nèi)模與外模套緊密地連接在一起。
[0015]有益效果:本發(fā)明較現(xiàn)有技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)通過溫鍛和冷擠齒整形的工序的結(jié)合，使得在確保生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上，可以大大的減少鋼材的浪費(fèi)；(2)通過對齒輪初坯進(jìn)行冷擠齒整形和對齒輪原始坯的齒進(jìn)行鼓形齒精加工，使得生產(chǎn)出來的齒輪上的齒的抗彎曲強(qiáng)度大大提升；(3)本發(fā)明不僅適合于普通的小型齒輪的加工，尤其適用于中大模數(shù)的齒輪加工。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]附圖1為本發(fā)明冷擠齒整形專用模具的俯視圖。
[0017]附圖2為本發(fā)明冷擠齒整形專用模具的主視圖。
[0018]附圖3為本發(fā)明中齒形模腔的局部放大圖。
[0019]圖4為本發(fā)明的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0021]如附圖1、附圖2所示，本發(fā)明的專用模具包括內(nèi)模I和套設(shè)在內(nèi)模I外側(cè)的外模套2，所述內(nèi)模I由硬性材料制成，所述外模套2由韌性材料制成，在所述內(nèi)模I中間開有齒形模腔3，所述內(nèi)模I與外模套2之間的過盈量在1-1.5mm之間，所述內(nèi)模I與外模套2采用小錐度過盈配合連接采用加壓熱套法在外模套2溫度較高時，把外模套2壓在內(nèi)模I的外部，冷卻后，內(nèi)模I與外模套2緊密地連接在一起。
[0022]所述內(nèi)模I由硬性材料65Nb模具鋼或者合金工具鋼制成，所述外模套2由韌性材料H13模具鋼或者9CRWMN模具鋼制成，由于外模套的制作材料是韌性材料，所以具備較好的塑性，可以充分保護(hù)內(nèi)模在冷擠的過程中不會發(fā)生開裂之類的破壞，可以完成的鍛壓次數(shù)在300次以上。[0023]本發(fā)明中，采用數(shù)字化建模構(gòu)建模腔，數(shù)字化建模過程如下:
[0024]需要構(gòu)建的模腔以圓柱齒輪的實(shí)體大小為參照。I)首先對齒曲面上各點(diǎn)的坐標(biāo)值進(jìn)行計算，一般以端面為基礎(chǔ)，對于圓柱漸開線齒輪模型計算出漸開線上的較多點(diǎn)，一般在單齒面上取50點(diǎn)，再在全部齒寬上取50個截面，這樣每個齒面可以得到51X51個點(diǎn)坐標(biāo)，組成一個齒槽的點(diǎn)，坐標(biāo)數(shù)一般為5200個；2)同一個截面的點(diǎn)坐標(biāo)用樣條線連接，形成一個完整的齒形，每個截面所做的樣條線全部形成沿截面方向的漸開線集；3)沿齒向取相同位置的點(diǎn)坐標(biāo)用樣條線連接，形成沿齒向完整的樣條線，和步驟2)所做的樣條線集形成交叉的樣條線網(wǎng)絡(luò)；4)在UG軟件中用“交叉網(wǎng)絡(luò)成曲面”的功能對步驟2)和步驟3)形成的網(wǎng)絡(luò)做出曲面，由于點(diǎn)取的相當(dāng)多，故這樣的曲面與實(shí)際曲面的誤差較小；5)完成其他的曲面后，利用軟件中的曲面縫合功能，把包圍一個齒槽的所有曲面變成一個齒槽的實(shí)體；6)在UG軟件中根據(jù)齒輪齒頂圓的大小及寬度做出一個圓柱體；7)把一個齒槽與圓柱體進(jìn)行布爾運(yùn)算的求減，得到有一個齒槽的不完整齒輪，再對這個齒槽進(jìn)行陣列后得到全部的齒，形成一個高精度的圓柱齒輪一樣的模腔，即齒形模腔3。
[0025]所述齒形模腔3開設(shè)在內(nèi)模I中間，再將內(nèi)模I套設(shè)在外模套2內(nèi)，構(gòu)成用于精成形的冷擠齒整形用的專用模具。
[0026]進(jìn)一步的，如附圖3所示，上述的齒形模腔3通過慢走絲線工藝進(jìn)一步切割加工模腔輪廓，經(jīng)過加工后的齒形模腔3的齒厚為成形圓柱齒輪的齒厚(齒輪齒面輪廓4)沿齒根到齒頂逐漸增厚(切割加工)后的尺寸，且增加的齒厚最大值在0.01-0.02倍齒高之間，形成齒形模腔3的模腔齒面輪廓5。
[0027]以下是采用專用模具，生產(chǎn)中大模數(shù)圓柱齒輪的工藝步驟:
[0028]如附圖4所示，一種中大模數(shù)圓柱齒輪的成形工藝，首先對原材料進(jìn)行預(yù)處理形成空心坯料，然后對空心坯料進(jìn)行預(yù)成形溫鍛處理形成齒輪初坯，接著對齒輪初坯進(jìn)行精成形冷擠齒整形處理形成齒輪原始坯，最后對齒輪原始坯進(jìn)行鼓形齒精加工處理和熱處理。
[0029]具體的工藝流程包括以下步驟:
[0030](I)首先根據(jù)齒輪實(shí)體的大小下料，原材料經(jīng)拋丸處理，消除表面凸凹面和氧化皮后，將所述的原材料加熱至115°C _125°C，進(jìn)行冷沖壓擠出內(nèi)孔并切邊形成合格的空心坯料，所述空心坯料再經(jīng)表面涂敷抗氧化劑，所述的抗氧化劑為液化石墨乳，加熱至8000C _850°C時，在鍛模內(nèi)溫鍛出并切邊形成齒輪初坯；
[0031](2)然后在齒輪初坯表面涂敷一層磷皂化膜，在密閉狀態(tài)下的冷擠齒整形模具中，分多步進(jìn)行冷擠齒整形齒輪初還，最后冷沖齒形成齒輪原始還，且在每次冷沖齒整形時都在齒輪初坯表面重新涂敷一層磷皂化膜；
[0032](3)最后將齒輪原始坯的齒面定位在立式拉床上，在其齒面進(jìn)行鼓形齒精加工，所述齒輪原始坯距齒根0.6倍齒高位置沿齒面到齒頂進(jìn)行逐漸收縮精加工，最大收縮量為
0.02倍的齒高，在距離兩端面為齒寬的0.2倍處，分別向兩端面進(jìn)行逐漸收縮精加工，最大收縮量為0.01倍齒高，隨后進(jìn)行熱處理，完成所有加工工序。
[0033]在成形工藝過程中，首先按照需要加工出的齒輪的實(shí)體大小下料，下料得到的塊狀原材料經(jīng)過拋丸處理后，加熱到115°C _125°C，進(jìn)行冷沖壓擠出內(nèi)孔的空心坯料，進(jìn)行冷沖壓時，原材料的溫度控制在115°C、120°C或125°C時，冷沖壓得出的空心坯料均符合要求。接著使得空心坯料在加熱至800°C _850°C的溫度進(jìn)行溫鍛，溫鍛出切邊完成的齒輪粗坯，在進(jìn)行溫鍛前，先在空心坯料外表面涂敷一層抗氧化劑，使得空心坯料的表面不會生成氧化皮，且得到的齒輪初坯的精度和質(zhì)量較傳統(tǒng)工藝更加精良，本發(fā)明中將空心坯料加熱到800°C、825°C或850°C時，均能溫鍛出合格的齒輪初坯。在進(jìn)行齒輪初坯冷擠齒整形工序時，在齒輪初坯外表面涂敷一層磷皂化膜，使得齒輪初坯在冷擠齒變形時與模具間的摩擦系數(shù)減小，防止出現(xiàn)過大的邊界摩擦，在此基礎(chǔ)上，冷擠齒整形齒輪初坯工序分多步完成，形成齒輪原始坯，并且在每次冷沖齒整形時都重新在齒輪初坯表面重新涂敷一層磷皂化膜。分解為若干次的冷擠齒整形，可以讓每次冷擠齒的變形量控制在材料的形變范圍內(nèi)，有利于制造出來的成品齒輪的整體強(qiáng)度。最后再對齒輪原始坯進(jìn)行鼓形齒精加工，可以使齒面多余的材料流向齒根，進(jìn)一步的加固齒的抗彎強(qiáng)度。
[0034]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種中大模數(shù)圓柱齒輪的成形工藝，其特征在于:首先對原材料進(jìn)行預(yù)處理形成空心坯料，然后對空心坯料進(jìn)行預(yù)成形溫鍛處理形成齒輪初坯，接著對齒輪初坯進(jìn)行精成形冷擠齒整形處理形成齒輪原始坯，最后對齒輪原始坯進(jìn)行鼓形齒精加工處理和熱處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中大模數(shù)圓柱齒輪的成形工藝，其特征在于，包括以下步驟: (1)首先根據(jù)齒輪實(shí)體的大小下料，原材料經(jīng)拋丸處理，消除表面凸凹面和氧化皮后，將所述的原材料加熱至115°C _125°C，進(jìn)行冷沖壓擠出內(nèi)孔并切邊形成空心坯料，所述空心坯料再經(jīng)表面涂敷抗氧化劑，加熱至800°C -850°C時，在鍛模內(nèi)鍛出并切邊形成齒輪初坯； (2)然后在齒輪初坯表面涂敷一層磷皂化膜，在密閉狀態(tài)下的冷擠齒整形模具中，分多步進(jìn)行冷擠齒整形齒輪初還，最后冷擠齒形成齒輪原始還，且在每次冷擠齒整形時都在齒輪初坯表面重新涂敷一層磷皂化膜； (3)最后將齒輪原始坯的齒面定位在立式拉床上，在其齒面進(jìn)行鼓形齒精加工，所述齒輪原始坯距齒根0.6倍齒高位置沿齒面到齒頂進(jìn)行逐漸收縮，最大收縮量為0.02倍的齒高，在距離兩端面為齒寬的0.2倍處，分別向兩端面進(jìn)行逐漸收縮，最大收縮量為0.01倍齒聞，隨后進(jìn)行熱處理，完成所有加工工序。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種中大模數(shù)圓柱齒輪的成形工藝，其特征在于:所述的抗氧化劑為液化石墨乳。
4.中大模數(shù)圓柱齒輪的成形工藝的專用模具，其特征在于:包括內(nèi)模(I)和套設(shè)在內(nèi)模(I)外側(cè)的外模套(2)，所述內(nèi)模(I)由硬性材料制成，所述外模套(2)由韌性材料制成，在所述內(nèi)模(I)中間開有齒形模腔(3)，所述齒形模腔(3)的齒厚為成形圓柱齒輪的齒厚沿齒根到齒頂逐漸增厚后的尺寸，且增厚的齒厚最大值在0.01-0.02倍齒高之間，所述內(nèi)模(I)與外模套(2 )采用小錐度過盈配合連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的中大模數(shù)圓柱齒輪的成形工藝的專用模具，其特征在于:所述內(nèi)模(I)的制成材料為65Nb模具鋼或者合金工具鋼，所述外模套(2)的制成材料為H13模具鋼或者9CRWMN模具鋼。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的中大模數(shù)圓柱齒輪的成形工藝的專用模具，其特征在于:所述內(nèi)模(I)與外模套(2)之間的過盈量在1-1.5mm之間。
【文檔編號】B21C25/02GK103522024SQ201310449640
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】周華 申請人:鹽城金剛星齒輪廠