[发明专利]一种齿轮热锻模具及其表面高温自润滑处理方法

说明书

本发明提供了一种齿轮热锻模具及其表面高温自润滑处理方法，包括以下步骤：在齿轮热锻模具的齿形凹模齿顶区非啮合影响区域加工微凹坑织构，微凹坑织构为阵列布置的圆形微凹坑，然后采用超声波清洗机去除加工后滞留的杂质，再在齿形凹模已加工出微凹坑织构的表面制备耐高温涂层，在涂层上涂覆一层隔热复合润滑剂。本发明通过织构化涂层和复合润滑剂改善齿轮成形过程中金属流动均匀性、提高模具寿命和齿轮成形精度。本发明在模具表面加工微凹坑进行减摩处理，缩小齿形凹模和背锥凸模的流动速度差；在非啮合影响区域表面制备耐高温涂层；然后在织构化涂层表面涂覆一层隔热复合润滑剂，提高模具的抗蚀性、耐磨性、抗热疲劳和防粘附性。

技术领域

本发明涉及模具热锻成形技术领域，具体涉及一种齿轮热锻模具及其表面高温自润滑处理方法。

背景技术

齿轮是一类重要的传动零部件，用来传递空间轴间的运动和动力，具有传递平稳、适用范围广等优点。随着机械制造业的迅速发展，市场竞争的日趋激烈，对齿轮制造的精度和效率提出更高要求。目前，齿轮的加工方法主要有机械切削加工和塑性成形加工，而塑性成形加工由于其生产效率高、材料利用率高、齿轮强度高等优点已逐渐成为齿轮制造的主要加工方法。常见的齿轮塑性成形方法主要有冷精锻、温精锻和热精锻，然而无论是哪种塑性成形方法，都存在以下三大问题，首先齿轮塑性成形加工都是在极高的动载荷或静载荷反复作用下工作，工作应力极高，模具极易失效，直接或间接地影响锻件成本、质量和交货周期；其次，金属坯料沿模具型腔流动，两接触面的摩擦状况影响金属的流动规律，由于各区域模具结构或润滑状况不同，坯料流动极不均匀，通常齿形模具结构最为复杂，因此常以齿形模具为研究对象进行减摩处理；最后，由于齿轮精度要求较高，故多采用闭塞锻造的方法，金属在密闭的空间流动，在成形末期，理论上需要无穷大的成形力，这就容易造成齿轮角隅填充不满的缺陷。现有的技术，多是单一地提高模具寿命或改善齿轮成形过程中金属流动的均匀性，对于能够同时提高模具寿命和改善金属流动规律的技术还较少。通常提高模具寿命的方法主要是通过合理的模具结构、优质的模具材料、先进的制造工艺等技术实现的。这些方案一定程度上提高了模具寿命，但是其成本较大，且并未能有效改善金属的流动均匀性。

中国专利201711128258.X公开了一种提高热锻造模具寿命的方法，此方法通过依次将锻压、退火、淬火、回火和激光熔覆相结合，不仅可借助热处理工艺消除锻造内应力、细化晶粒，又可借助激光熔覆工艺形成耐磨性能优异的熔覆层，减少磨损，提高模具寿命。但此方法同时涉及到热处理和激光熔覆，工作过程繁琐，效率低且成本高，另外也不能解决金属塑性成形过程中流动不均匀的问题。

中国专利201811461898.7公开一种齿轮复合塑性成形模具表面微形貌处理方法，此方法通过在成形模具表面加工微凹坑、微凸点，并在微凹坑中填入纳米二硫化钼，改善精锻模具在成形过程中的机械性能和摩擦润滑性能，减少精锻模具的磨损量，提高模具寿命。此专利在下凹模下半区域沿齿根方向加工微凸点或微梗形貌，在上凸模和下凹模表面加工微凹槽，此方法虽然能一定程度上改善成形时的润滑状况和金属流动均匀性，但是其加工方案复杂，效率较低；且下凹模型腔复杂采用激光技术在其表面加工微凹槽或微凸起较困难。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出一种齿轮热锻模具及其表面高温自润滑处理方法，根据齿轮成形过程中金属流动规律，通过只在齿轮热锻模具的齿形凹模表面利用五轴数控超精机床在齿顶区非啮合区域加工微凹坑进行减摩处理，缩小齿形凹模处与背锥凸模处的金属流动速度差，改善金属流动均匀性；再在齿形凹模已加工出微凹坑织构的表面制备具有耐高温性能的涂层，如CrTiN、CrMoN涂层；最后在织构化涂层表面凹坑微织构中填充隔热复合润滑剂，解决齿轮成形过程中出现金属流动不均匀、精锻模具寿命低的问题，以此实现同时提高齿轮锻造过程中金属流动均匀性和精锻模具寿命的目的。本发明工艺简单可靠，适合工业化推广。