[发明专利]带凸缘扁平齿轮精密成形方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种齿轮制造领域的方法，具体是一种带凸缘扁平齿轮精密成形方法及其装置。

背景技术

齿轮是一种典型的机械传动零件，具有结构紧凑、传动比准确、传递动力大、效率高、可靠性高和寿命长等优点，在机械行业中大量使用，其中直齿圆柱齿轮是各种齿轮中应用最为广泛的一种。因此，直齿轮的精密制造工艺一直备受关注。

直齿轮一般采用三种精密成形制造方法，一种是挤压成形，即初始棒料外径大于等于齿顶圆直径，主要经过挤压变形与材料轴向流动获得齿轮件；但是，这类方法容易在挤压齿轮件的前端形成一段不饱满区域，考虑到材料利用率，适用于高度较大的齿轮件。另一种是锻造成形，即初始棒料外径小于等于齿根圆直径，主要经过镦粗变形与材料径向流动获得齿轮件；这类方法主要利用浮动模具结构与分流锻造原理，在提高齿轮充填饱满的同时降低锻造成形力，比较适用于高度较小的齿轮件。还有一种是冲压成形方法，即采用板料直接冲裁，主要通过材料分离获得齿轮件，但该类方法比较适用于片齿轮，而且相对齿形精度不易控制。

对于扁平类齿轮，上述三种方法均不宜直接应用。当然，可以通过挤压或锻造出厚度较大的精密齿轮，再分段锯切成扁平齿轮；进一步经过切削加工获得凸缘特征，形成带凸缘扁平齿轮。然而，这一制造过程必将增加加工工时、延长了生产线，提高单件成本；同时，对已经成形齿部进行大量切削，由于断续切削造成刀具冲击，严重影响刀具寿命。

经过对现有技术的检索发现，2011年2月机械设计与制造第2期公开的现代冷挤压成形技术研究与应用，对于复合挤压、复动挤压、闭塞挤压、分流挤压、控制流动挤压等多种形式，分别阐述了各种冷挤压新技术的成形原理、成形特点和基本方法，其中的闭塞挤压可应用于扁平类齿轮的制造。但是，闭塞挤压对需要精确计算坯料体积，体积偏小易导致轮齿充填不饱满，体积偏大将会使挤压力大幅度增加，实际生产中对料重需要严格控制；此外，闭塞挤压需要通过复杂的闭塞模具才能实现。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种带凸缘扁平齿轮精密成形方法及其装置，实现该类齿轮件的批量连续生产；同时，有效减少切削加工工序，提高材料利用率，提高生产效率与降低单件成本。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种带凸缘扁平齿轮精密成形方法，首先对制备齿轮的坯料进行冲孔，制成于成形过程中起分流作用的辅助中心孔，然后挤压变形获得环形槽以形成齿轮的上凸缘，进行预冲孔后进行翻边和镦粗，使得预冲孔的边缘材料转移并形成下凸缘，再利用齿圈压板精冲得到齿轮外形。

所述的预冲孔的孔直径为其中：D₄表示齿轮下凸缘的外径，D₃表示齿轮中心孔的直径，h₂表示齿轮下凸缘的高度，h₁表示坯料的厚度;

所述的辅助中心孔的直径为D₁＝D₂-t，t=2.0mm或3.0mm。

所述的坯料的厚度等于齿轮的齿部厚度，坯料的宽度为齿顶圆直径的1.1～1.2倍；制备坯料所用条料或者卷料，经过球化退火处理，球化率大于等于85%以保证坯料具有足够塑性变形能力。

所述的齿圈压板压力为精冲力的40%-50%。

所述的扁平类齿轮件是指齿部高度小于等于10cm的齿轮。

本发明涉及一种应用于上述方法的装置，该装置为用于翻边和镦粗的复合模具包括：上模、下模、上凹模和下凸模，其中：上模先向下运动，与下模共同压住坯料并施加10MPa-20MPa压力，下凸模向上运动进行翻边成形，然后浮动控制的上凹模向下运动，镦粗到待制齿轮下凸缘的目标高度。

所述浮动控制，是指采用独立的液压泵控制上凹模向上或向下运动。

技术效果

与挤压或锻造成形+切削加工相比，本发明具有如下优点：①该工艺省去了切削加工工序，由条料或卷料经多工步连续成形，避免了零件齿部的多道次断续切削；②避免了锻造成形的成形载荷较大现象，保障模具寿命；③该工艺通过连续模具实现，相对缩短了生产线，节省了单件工时，便于控制单件成本。此外，本发明给出了带凸缘扁平类齿轮件的一种精密成形的解决方案，适用于渐开线齿轮、矩形齿轮、梯形齿轮，甚至非圆齿轮。

附图说明

图1是实施例工艺流程图；

图中：a为冲中心孔示意图；b为挤压环形槽示意图；c为冲中心废料孔示意图；d为翻边示意图；e为精冲外形示意图1；f为精冲外形示意图2。

图2是具有浮动背压的翻边工步模具结构示意图；