一种齿轮轴向闭式辗压成型工艺制造技术

本发明专利技术属于齿轮成型工艺技术领域，具体涉及一种齿轮轴向闭式辗压成型工艺，包括：1)齿轮预制坯模具及齿轮模具设计，2)齿轮预制坯轴向闭式辗压成型，3)齿轮轴向闭式辗压成型，4)对步骤3获得的带毛边槽及无连皮的齿轮毛坯进行切边、热处理、表面处理，获得最终的齿轮构件，成型效率高、精度高、生产简单并且能够在低载荷下制造出复杂形状齿轮。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于齿轮成型工艺
，具体涉及一种齿轮轴向闭式辗压成型工艺。
技术介绍
齿轮是机械中最常用的零部件之一，它广泛应用于机械、电子、纺织、冶金、采矿、汽车、航空、航天及船舶等领域。齿轮设计、制造业向着速度高、承载能力大、重量轻、更精密的方向发展。齿轮一般采用机加工成型、锻造成型或者采用机加工与锻造相结合的方式成型。对于采用机加工制造齿轮而言，其材料利用率高，但是在机加工的过程中，齿轮流线被切断，造成成型后的齿轮的力学性能较差，齿轮的使用寿命短，使用时易损坏；对于采用锻造方法制造齿轮而言，锻造过程中所需的载荷较大，齿轮成型后的精度低，难以满足高精度的使用要求，并且，不管是机加工成型、锻造成型或是机加工与锻造相结合的成型方式，其在齿轮的生产中均需较大的载荷，生产极其复杂，成型的效率低，成型后齿轮的精度低，性能不稳定。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供一种齿轮轴向闭式辗压成型工艺，成型效率高、精度高、生产简单并且能够在低载荷下制造出复杂形状齿轮。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案如下：一种齿轮轴向闭式辗压成型工艺，包括：1)齿轮预制坯模具及齿轮模具设计，设计时，根据齿轮的不同，选择合理的分模面，由于此类成型方式的差异，一般将毛边槽置于下模边缘处。当齿轮的直径为Φ50～Φ260mm时，单边的间隙可取为0.1～0.2mm，随着齿轮的直径增大，间隙也随之增大，齿轮预制坯及齿轮的上模轮廓应和预制坯及齿轮上表面相同，轴向闭式辗压过程是局部加载增量成型过程，其上模带有锥角及特定型腔，所以需要根据其成型温度、形状、目的，选择合理的锥角，对热态成型过程，其锥角一般在2～10°。中间连皮位置，应根据齿轮厚度进行选择，一般齿轮预制坯的连皮位置选择在距预制坯下表面1/3处，带有轴孔齿轮用本工艺成型时，轴孔需要经过模具的轴向闭式辗压成型，辗压成型中不能够依次成型，需要经过几道工序的处理，模具先辗压出上下端相对的盲孔，上下端相对盲孔间的材料体为连皮，连皮能够促使辗压成型中工件整体的稳定性更好。连皮的尺寸应为最小高度方向的1/10，为了便于脱模，模具的上下模对应连皮处均为倾角结构，上模成型连皮位置的倾角应在5～7°，下模成型连皮位置的倾角应在4～8°。模具的顶出孔的位置中心应选择在预制坯及齿轮下表面的中心位置，根据具体的形状进行选择，顶出孔的直径要合理宜大不宜小。对于齿轮下模具的拔模斜度，应保证在0.5～1°，当轴向闭式辗压上摆动模具的外形为180°－2γ倒截锥形时，配合部位的拔模斜度可取为上模倾角的一半。2)齿轮预制坯轴向闭式辗压成型：将材料下料成一次棒材后加热到800℃-1200℃，将加热后的棒材放置在齿轮预制坯模具的型腔中，对棒材进行热态轴向闭式辗压成型，齿轮预制坯为热态轴向闭式辗压成型，在减少载荷的同时，可同时保证其流线分布，碾压成型时控制每转进给量为0.5-3mm/rad，热态轴向闭式辗压成型后得到齿轮预制坯，对得到的齿轮预制坯进行切边、中心连皮机加工处理；材料下料成一次棒材后加热到800℃-1200℃，保温一定时间(保温时间根据不同材料的热态系数而定，比如钢为0.4～0.7min/mm计算)，将加热后的棒材置于轴向闭式辗压设备上的齿轮预制坯模具型腔中进行预制坯成型，一般轴向闭式辗压过程中齿轮预制坯成型的变形程度各处最小变形量在20％以上，齿轮预制坯成型过程将齿轮预制坯模具的上模、下模设置为能够转动，并且转动轴成一定夹角，因此能对工件坯料产生类似辗压的动作，通过外力向下模输出扭矩，使得下模绕下模中心线转动，棒材和上下模之间产生的滚动摩擦使得上模发生从动，从动的同时，上模继续下压，使得金属沿径向流动、填充，下模和工件始终局部接触，随着摆动及下压的进行，接触面逐渐扩大，稳态后上模停止下压，下模持续转动，直到齿轮预制坯上表面金属流动均匀，成型后根据齿轮预制坯的工艺要求及材料特性对其进行处理，对齿轮预制坯进行切边、中心连皮机加工，使齿轮预制坯符合要求，促使齿轮成型后的尺寸精度高。3)齿轮轴向闭式辗压成型：将机加工处理后的齿轮预制坯放入齿轮模具的型腔中，对齿轮预制坯进行冷态闭式碾压成型，碾压成型时控制每转进给量为0.2-0.7mm/rad，冷态闭式碾压成型后获得带毛边槽及无连皮的齿轮毛坯；对于齿轮成型，在齿轮模具设计过程中完成齿形体积分配，及齿轮预制坯热态轴向闭式辗压成型后，为保证齿轮齿形的表面粗糙度及精度，齿轮中齿形的成型部分一般采取冷态闭式辗压成型方法进行成型。对于不同的材料，需选取合理的热处理方式，对材料进行软化处理。并且选择合理的每转进给量(上模匀速压下速度/下模角速度)：对于转速及下压速度的关系，可以以每转进给量来表示(mm/rad)，热态轴向闭式辗压过程中，合金钢的每转进给量一般为0.5～1mm/rad，钛合金的每转进给量为1.5～3mm/rad。冷态轴向闭式辗压成型过程中，每转进给量的范围一般为0.2～0.7mm/rad，齿轮成型过程将上、下模设置为能够转动，并且转动轴成一定夹角，因此能对工件坯料产生类似辗压的动作。通过外力向下模输出扭矩，使得下模绕下模中心线转动，坯料和上下模之间产生的滚动摩擦使得上模发生从动，从动的同时，上模继续下压，使得金属沿径向流动、填充，下模和工件始终局部接触，随着摆动及下压的进行，接触面逐渐扩大，达到下死点后停止转动，下模具继续旋转使得预制坯上表面体积均匀分配，最终获得带毛边槽及无连皮的齿轮毛坯。4)对步骤3获得的带毛边槽及无连皮的齿轮毛坯进行切边、热处理、表面处理，获得最终的齿轮构件。进一步的，步骤1齿轮预制坯模具及齿轮模具设计过程中采用有限元软件对轴向闭式辗压过程进行数值模拟分析，确定对应齿轮预制坯的高径比、形状等，根据数值模拟结果及齿轮模具上下模具的型腔设计，可酌情添加预制坯的定位台，防止出现流动缺陷。进一步的，步骤2中对材料按等体积原则下料成一次棒材，材料的棒材按锻件的规格、体积进行造型、设计，按等体积原则，将其下料成一次棒材，促使齿轮预制坯成型精准，提高材料的利用率。进一步的，齿轮预制坯模具、齿轮模具的材料为5CrNiMo模具钢，保证模具的刚度。本专利技术所取得的有益效果是：采用上述方案，先以热态轴向闭式辗压成型齿轮预制坯，再对齿轮预制坯进行冷态轴向闭式辗压成型，成型后齿轮齿形的表面粗糙度好、精度高，齿轮生产操作简单，齿轮成型效率高，精度高，载荷...

【技术保护点】
一种齿轮轴向闭式辗压成型工艺，其特征在于，包括：1)齿轮预制坯模具及齿轮模具设计；2)齿轮预制坯轴向闭式辗压成型，将材料下料成一次棒材后加热到800℃‑1200℃，将加热后的棒材放置在齿轮预制坯模具的型腔中，对棒材进行热态轴向闭式辗压成型，碾压成型时控制每转进给量为0.5‑3mm/rad，热态轴向闭式辗压成型后得到齿轮预制坯，对得到的齿轮预制坯进行切边、中心连皮机加工处理；3)齿轮轴向闭式辗压成型，将机加工处理后的齿轮预制坯放入齿轮模具的型腔中，对齿轮预制坯进行冷态闭式碾压成型，碾压成型时控制每转进给量为0.2‑0.7mm/rad，冷态闭式碾压成型后获得带毛边槽及无连皮的齿轮毛坯；4)对步骤3获得的带毛边槽及无连皮的齿轮毛坯进行切边、热处理、表面处理，获得最终的齿轮构件。

【技术特征摘要】
1.一种齿轮轴向闭式辗压成型工艺，其特征在于，包括：
1)齿轮预制坯模具及齿轮模具设计；
2)齿轮预制坯轴向闭式辗压成型，
将材料下料成一次棒材后加热到800℃-1200℃，将加热后的棒材放置在
齿轮预制坯模具的型腔中，对棒材进行热态轴向闭式辗压成型，碾压成型时
控制每转进给量为0.5-3mm/rad，热态轴向闭式辗压成型后得到齿轮预制坯，
对得到的齿轮预制坯进行切边、中心连皮机加工处理；
3)齿轮轴向闭式辗压成型，
将机加工处理后的齿轮预制坯放入齿轮模具的型腔中，对齿轮预制坯进
行冷态闭式碾压成型，碾压成型时控制每转进给量为0.2-0.7mm/rad，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘东，刘寺意，
申请(专利权)人：常州和仕达机械装备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32