[发明专利]一种锥齿轮冷精锻工艺及其模具

说明书

技术领域

本发明涉及锥齿轮加工工艺及其模具。

背景技术

传统的齿轮加工方法主要有滚齿、插齿、剃齿、衍齿、磨齿、研齿和抛齿等。这些方法的主要特点是，采用较为精密的加工机床，由于是机械切削加工，齿轮的齿形并不能由机床在一个工步内完成加工，生产效率较低，不利于锥齿轮的大批生产；在加工过程中，由于切削作用，必然会带来材料的浪费，尤其对于昂贵的材料，材料成本必然急剧增加；未经加工的原材料其内部的金属纤维组织是自然连续的，具有较好的力学性能，而经过机加工，必然会切断金属纤维组织，从而降低加工成品的力学性能，在齿形成形部位，这种效应尤为明显。

近年来，汽车工业的快速发展使得市场对成本低廉、性能优良的零部件需求急剧增大。凸显了现有锥齿轮加工的缺陷。

发明内容

为了克服已有锥齿轮采用机械切削加工方式存在的生产效率较低、材料浪费较大、成本较高、力学性能较差的不足，本发明提供一种生产效率较高、减少材料浪费、降低成本、提升力学性能的锥齿轮冷精锻工艺及其模具。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种锥齿轮冷精锻工艺，所述锥齿轮冷精锻工艺包括以下步骤：

1)采用圆柱形棒料剪切下料；

2)在坯料部分长度上车削出锥度作为部分的预成形，所述预成形用以坯料在凹模中定位；

3)对机加工后的毛坯进行球化退火以降低其硬度，然后酸洗去氧化皮，磷化皂化润滑处理；

4)第一道冷精锻工序：在挤压模具中镦挤部分齿形得到第一挤压件，所述第一挤压件作为第二道冷精锻工序的毛坯；

5)对所述第一挤压件再次进行球化退火，然后酸洗去除氧化皮，磷化皂化润滑处理；

6)第二道冷精锻工序：在挤压模具中镦挤出全部齿形，得到锥齿轮粗料；

7)对所述锥齿轮粗料进行机加工修形，将端面多余材料切除，制得锥齿轮成品。

优选的，所述第一道冷精锻工序和第二道冷精锻工序采用的挤压模具相同，第二道冷精锻工序的挤压模具的凸模行程比所述第一道冷精锻工序的挤压模具的凸模行程大。

一种锥齿轮冷精锻工艺的模具，所述模具包括凸模机构和凹模机构，所述凸模机构由上模板、凸模垫块、凸模压圈和凸模组成，凸模与凸模压圈固定连接，所述凸模压圈固定在凸模垫块上，凸模压圈与上模板固定连接，所述上模板与压力机联动；所述凹模机构由凹模压圈、凹模镶块、凹模垫块、下模板以及顶料杆组成，凹模压圈与用以放置待加工坯料的凹模镶块过盈配合装配，所述凹模压圈、凹模镶块固定在凹模垫块上，所述凹模压圈、凹模垫块与下模板固定连接；顶料杆依次穿过下模板、凹模垫块的中部通孔；所述上模板或下模板可上下滑动地套装在导柱上。

进一步，所述凸模机构包括上支承圈，所述凹模机构包括下支承圈，所述上支承圈分别与凸模压圈、上模板固定连接，所述下支承圈分别与凹模压圈、下模板固定连接。

本发明的技术构思为：冷精锻技术的发展正好弥补了汽车工业的需求。冷精锻在不破坏金属材料的前提下改变坯料的体积分布，将坯料多余的材料转移到需要成形的位置来得到所需的成形部件，因而无切削损耗，节省成本。由于成形件基本可以由冷精锻通过两到三道工序即可获得成品，生产效率得到提高。且冷精锻加工只涉及塑性变形，不会切断金属自然形成的纤维组织，提高了成品的力学性能。

锥齿轮成形的复杂性在于齿形成形部位的形变程度较为剧烈，远远超过材料一次挤压的形变极限，如果强制通过一次冷精锻的方式镦挤出齿轮，其镦挤出的成形件势必会出现齿形成形精度较低和齿形不饱满等缺陷，同时对设备挤压力要求高，模具损耗大，导致其寿命缩短。良好的工艺设计可以解决这些问题，如冷精锻工序之前安排预加工工序，事先加工出适合成形的坯料；将一道冷精锻工序分解为两道工序，减小每道工序的负担；在两道冷精锻工序之间采用球化退火处理坯料，改善材料性能。本发明编排了适合冷精锻锥齿轮的工艺措施，配合两层组合凹模的锥齿轮模具设计，其成形件具有力学性能好、尺寸精度高、对设备载荷要求相对较低的优点，适合用于锥齿轮的大批量生产。

本发明的有益效果主要表现在：(1)采用两道工序来挤压锥齿轮；而这两道工序采用相同的模具，其差别只是冲头行程设定的不同，从而在减小挤压力及降低设备需求的同时，节约了模具成本；(2)锥齿轮在冷态下直接镦挤成形，挤压件组织致密，晶粒细化，力学性能高，尺寸精度高，表面质量好；(3)模具结构简单，制造方便，模具零件更换方便，成本较低，适合大批量生产。

附图说明

图1为模架的俯视图。