[发明专利]一种双金属齿轮冷精密成形制造工艺

说明书

本发明提供一种双金属齿轮冷精密成形制造工艺，本发明的成形齿轮齿形外层为钢制材料层，可保证齿形部位具有较好的接触疲劳强度，齿轮内部使用密度较低的铝合金材料，可以实现齿轮整体重量降低，钢制材料层与中部铝合金材料结合面保留了锻造成形过程中金属流动形成的复杂空间结合面，有效保证了二者之间的结合强度。同时本发明成形工艺简单易于操作，其制坯过程和整体挤压过程工序简单，其他辅助工序对于设备要求较低，其整体的生产效率较高和生产成本较低。

技术领域

本发明涉及金属冷精密锻造领域，具体涉及一种双金属齿轮冷精密成形制造工艺。

背景技术

当前采用轻质化材料替代原有零部件材料是轻量化设计制造的主要措施之一，采用轻质材料替换钢材在很大程度上可以降低车辆、航空航天机械、装备机械的重量。铝合金具有比强度高、塑性好等优点，同时其密度仅为钢材的30%左右。截止目前，很多车身零部件已经采用铝合金或者其他轻质材料替换钢材以减轻车身重量。

齿轮是机械装置中的重要零部件，是传动机械中的的基础核心零部件之一。由于承受扭矩和载荷较大，齿轮一般使用钢材制造，由于钢材密度较大，因此，齿轮以及变速箱的重量也较大。对于承受载荷较小的齿轮，如正时齿轮，可以采用铝合金代替钢材来制造齿轮，但是考虑到齿面失效是齿轮主要失效形式，直接使用铝合金代替钢材制造齿轮往往无法满足齿轮接触疲劳强度。为达到齿轮轻量化的同时又较少的降低其强度，现提出使用两种金属来制造齿轮，参与啮合的轮齿部位使用钢材，轮齿以里的部分使用铝合金材料，制造双金属齿轮，同时满足齿轮轻量化和强度要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以实现齿轮轻量化设计制造目标的双金属齿轮冷精密塑性成形工艺，成形齿轮齿形外层为钢制材料层，可保证齿形部位具有较好的接触疲劳强度，齿轮内部使用密度较低的铝合金材料，可以实现齿轮整体重量降低，钢制材料层与中部铝合金材料结合面保留了锻造成形过程中金属流动形成的复杂空间结合面，有效保证了二者之间的结合强度。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种双金属齿轮冷精密成形制造工艺，包括以下步骤：

步骤一，下料：制备相匹配的钢环和铝合金棒，铝合金棒的高度高于钢环的高度；

步骤二，退火：对钢环和铝合金棒按照各自的材料属性进行退火及滚光处理，并对钢环的内表面和铝合金棒的外圆周面进行清洗；

步骤三，复合制坯：将铝合金棒插入钢环的内侧，共同放入制坯凹模中，通过制坯上冲头和制坯下冲头进行双向挤压，将尺寸高度高于钢环的铝合金棒镦粗，使钢环内表面与铝合金棒外圆周面紧密接触，形成中间坯料；

步骤四，润滑：对中间坯料进行润滑处理；

步骤五，挤压成形：将润滑后的中间坯料放入用于齿轮成形的齿形凹模中，然后通过齿轮成形上冲头和齿轮成形下冲头的双向挤压，使中间坯料双向填充于齿形凹模的齿形部分，形成双金属齿形齿轮，成形后钢环内表面与铝合金棒外圆周面的结合面为类齿形面，且整体上呈现鼓形分布。

进一步的，铝合金棒镦粗完成后，铝合金棒和钢环端面平齐。

进一步的，所述钢环的厚度为双金属齿形齿轮齿高的70%-80%。

进一步的，所述钢环的外径比双金属齿形齿轮的齿根圆小0.4-0.6mm，且钢环的内径比铝合金棒的外径大0.3-0.5mm。

进一步的，所述制坯凹模的内部开设有用于放置铝合金棒和钢环的阶梯孔，该阶梯孔的上部孔径比钢环的外径大0.2-0.3mm，阶梯孔的下部孔径比钢环的内径大0.5-0.8mm。

进一步的，阶梯孔与所述的制坯上冲头和制坯下冲头之间均为间隙配合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：