[发明专利]一种直齿锥齿轮的等温锻造的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属塑性成形领域，具体涉及一种直齿锥齿轮的等温锻造的方法。

背景技术

锥齿轮是圆锥齿轮的简称，它用来实现两相交轴之间的传动，两轴交角S称为轴角，其值可根据传动需要确定，一般多采用90°。锥齿轮的轮齿排列在截圆锥体上，轮齿由齿轮的大端到小端逐渐收缩变小。由于这一特点，对应于圆柱齿轮中的各有关“圆柱”在锥齿轮中就变成了“圆柱”，如分度锥、节锥、基锥、齿顶锥等。锥齿轮的轮齿有直齿、斜齿和曲线齿等形式。

直齿锥齿轮传统的加工方法为切削加工，主要有刨齿(适合小批量，多品种直齿锥齿轮的加工且转化产品容易)和铣齿(效率较高但调整机床困难)，但是这些传统的加工方法存在很多的缺点：齿轮的弯曲强度、接触疲劳强度等力学性能降低；材料的利用率相对较低；齿轮批量生产的效率低等。

随着塑性成形技术的发展，传统的齿轮成形方法已逐渐地由冷锻、温锻、热锻等精密成形工艺所代替。虽然齿轮精锻技术经过60多年的发展已经比较成熟，但是仍然存在齿形填充不饱满、齿轮精度低、成形力高等问题。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种直齿锥齿轮的等温锻造的方法，可实现齿面无需二次加工，并且零件精度高、成形载荷小。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种直齿锥齿轮的等温锻造的方法，分别将坯料和模具加热至温度大体一致，再将坯料放入模具中，然后以较小的变形速度将坯料在模具中锻压成形，经过后处理得到直齿锥齿轮；其中，所述较小的变形速度小于0.1mm/s，所述模具采用闭式模锻结构。

本发明首先将坯料和模具的温度加热至相等或基本相等，避免了模具对坯料的激冷作用，提高了坯料的塑性流动；其次，模具采用闭式模锻结构，在锻造过程中坯料承受三向压应力，有利于坯料的成形；再次，本申请采用小于0.1mm/s的变形速度使坯料单位时间的变形量小，变形充分，更有利于坯料成形。

优选的，其步骤为：

(1)坯料和模具的准备：对棒料钢材进行下料并进行初步处理得到坯料，然后分别将坯料和模具加热至温度大体一致，再将坯料放入模具中匀热调整模温；

(2)等温锻造：齿形模下行将坯料镦粗，当背锥模和齿形模封闭后，由上冲头和下冲头相对挤压坯料将模具型腔填满同时形成具有一定厚度的冲孔连皮，成形结束，脱模后即得锻件。

(3)将锻件进行后处理得到直齿锥齿轮。

进一步优选的，所述步骤(1)中坯料的加热过程为，首先将坯料预热到80-120℃，喷涂商用水基石墨润滑剂，然后继续加热到锻造温度。预热是为了避免坯料直接加热到过高温度时产生裂纹，同时预热到一定的温度后有助于将润滑剂均匀喷涂在坯料外表面。

进一步优选的，所述步骤(3)的后处理包括冲孔，所述冲孔的步骤为将获得的锻件放入冲孔模中，利用余温以齿形定位冲出盲孔，然后空冷至室温。与常规的热冲孔相比，该步骤利用等温锻造的余温进行冲孔，减少了热冲孔前的加热；与常规的冷冲孔相比，该步骤的成形力较低，冲孔难度较小。

进一步优选的，所述步骤(3)的后处理包括表面清理，所述表面清理采用抛丸或者喷砂去除表面氧化皮。在生产条件较好的情况下，选用喷丸处理不仅可以去除氧化皮，还可以消除零件的残余应力，减少热处理后零件变形，提高零件表面耐磨和受压能力。而喷砂处理可以人工操作，简单易行不需要自动化的抛丸设备，也可较好地去除氧化皮。

进一步优选的，所述步骤(3)的后处理包括机加工，所述机加工包括中心孔加工和背锥球面加工，齿面无需二次加工。该步骤与其他工艺相比，减少了对锥齿轮齿面的加工，因此提高了材料的利用率和零件的生产效率。

进一步优选的，所述步骤(3)的后处理包括热处理，所述热处理包括渗碳、淬火和回火。经过热处理后可以使锥齿轮达到硬度HRC59-63，渗碳淬火深度09±0.1。

更进一步优选的，所述渗碳需对炉子进行分段加热，每个加热阶段的煤油和甲醇的滴入量都有所不同；

所述淬火方式采用20-40℃的油淬；

所述回火步骤为将炉温升至180℃，保温2小时后，自然冷却至室温。热处理后的锥齿轮具有较高的表面硬度、冲击韧性和心部强度。

进一步优选的，所述步骤(3)的后处理依次包括冲孔、表面清理、机加工和热处理。采用该顺序下的后处理步骤锻造的直齿锥齿轮的质量更好。

优选的，所述模具的加热装置为两个壁内绕有电阻丝的中空陶瓷筒，齿形模和背锥模分别固定在两个中空陶瓷筒内。

优选的，保温装置采用硅酸铝纤维棉和石棉板。