一种圆柱斜齿轮的预制坯成形方法技术

本发明专利技术公开了一种圆柱斜齿轮的预制坯成形方法，预制坯成形方法包括下棒制样、扭转变形、切割扭转棒料和旋转镦挤变形，其中旋转镦挤成形模具由冲头和型模组成，型模的通道由挤入段、成形段和挤出段组成，成形段由旋转镦挤I段和旋转镦挤II段组成，通过扭转变形和旋转镦挤变形相结合，一方面可以通过对金属材料进行梯度材料的制备，实现了梯度晶粒分布特征，另一方面旋转镦挤成形可实现棒材的镦粗变形、挤压成形与扭转剪切变形的复合成形方式。该发明专利技术设计合理可靠，具有成形方法简单，操作简便等优点，改善了圆柱斜齿轮的预制坯成形的综合力学特征，为后续的圆柱斜齿轮的成形和机加工打下良好的技术铺垫。

A preform forming method for cylindrical helical gear

The invention discloses a method for forming the preform of cylindrical helical gear. The forming method of the preform consists of rod making, torsional deformation, cutting and torsion bar and rotating upsetting and extrusion. The rotating upsetting die consists of a punch and a mold. The passage of the mould is composed of a extrusion section, a forming section and an extrusion section. The I section and the rotating upsetting extrusion II section are made up. By combining the torsion deformation and the rotating upsetting extrusion deformation, the gradient grain distribution can be realized by the preparation of the gradient material for the metal material. On the other hand, the upsetting deformation, the extrusion forming and the torsional shear deformation can be realized by the rotating upsetting extrusion forming. Synthetic form. The design of the invention is reasonable and reliable. It has the advantages of simple forming method and easy operation. It improves the comprehensive mechanical characteristics of the preform of the cylindrical helical gear, and lays a good technical paving for the subsequent forming and machining of the cylindrical helical gear.

【技术实现步骤摘要】
一种圆柱斜齿轮的预制坯成形方法
：本专利技术涉及齿轮加工制造
，具体是涉及一种圆柱斜齿轮的预制坯成形方法。
技术介绍
：圆柱斜齿轮作为机械传动中经常会用到的一种常用零件，因为传动平稳，冲击、振动和噪声较小等特点，故而在高速重载场合使用广泛。磨损是斜齿轮啮合传动过程中常见的一大工业难题，所以对斜齿轮的制造工艺就提出了很高的要求。齿轮的加工一般通过机加工对齿形进行加工，难免切断金属的纤维，使得其强度和寿命降低。为解决提高齿轮的耐磨性和改善金属纤维分布的技术问题，现有专利技术公开了一系列的齿轮成形方法，例如：CN1683105，CN105473901A，CN106270810A，CN101879536A。此外，现有文献也提出很多相关的制造方法，例如：精密制造与自动化，2012(1)：52-54；塑性工程学报，2011，18(2)：24-27；模具技术，2012(3)：32-36；热加工工艺，2016(3)：177-179；热加工工艺，2012，41(15)：116-117。对于齿轮来说，齿轮啮合部位最易磨损，而齿轮中心部位磨损最小，可否设计出表面为微纳米晶，内部为粗晶的齿轮。梯度微纳米材料的设计理念为齿轮的成形制造提供了一个全新的思路。此外，改善金属纤维流线的分布也是齿轮现代制造亟待解决的技术问题。针对以上圆柱斜齿轮制造成形的难点，提出了扭转和旋转镦挤相结合的预制坯成形方法。
技术实现思路
：为解决圆柱斜齿轮预制坯锻造的金属纤维分布和梯度晶粒分布的问题，提出了一种圆柱斜齿轮的预制坯成形方法。预制坯成形方法包括以下步骤：下棒制样、扭转变形、切割扭转棒料和旋转镦挤变形；(1)下棒制样：根据斜齿轮的锻件图、锻造工艺要求和体积不变的原则下料，按照GB/T10128-2007国标制备扭转变形的试样；(2)扭转变形：首先，打开扭转机主机电源开关，待测控系统完成开机自检后，按压“扭矩清零”和“扭角清零”按纽，然后根据试样的形状来确定所用夹块的夹头衬套的类型，试样的圆形夹持部分使用V型夹块，圆形铣扁的夹持部分用方型夹块，做圆形试样的试验时，直接把试样放在两V型夹块中间，用专用扳手分别拧紧夹头两侧夹紧螺钉至试样基本处于夹头的中心位置，然后用同样方法夹紧试样的另一端，在用方形夹块时，使用夹头衬套，依据试样夹持部分的大小来确定方形夹块和夹头衬套的规格，选择好夹块和衬套后，把夹头衬套和方型夹块放入两边的扭转夹头内，将试样放入中间，用专用扳手拧紧夹块；在试样装好后，如果扭矩显示窗口上显示的扭矩值不为零，则要按下“机械调零”键，调整减速机输入端的手轮至控制面板上“扭矩”显示窗口的数值为零，松开“机械调零”键，按压“扭角清零”，准备工作全部做好后，选择扭矩量程，选择原则是试样理论最大扭矩为所选档位的60％一70％，扭转速度根据所制齿轮的材料和生产工艺进行选择，按照GB/T10128-2007金属材料室温扭转试验方法进行试样的扭转变形，直至扭转变形结束，先去一端，再取另一端，试验结束；(3)切割扭转棒料：将扭转过后的试样按照旋转镦挤变形的预挤压试样标准切割试样，预挤压试样为圆柱形棒材，直径为D1，长度0.75L；旋转镦挤变形所使用的一种旋转镦挤成形模具，由冲头和型模组成，型模的通道由挤入段、成形段和挤出段组成，成形段由旋转镦挤I段和旋转镦挤II段组成；所述挤入段为等径通道，挤入段的横截面为圆形，直径为D1，挤入段的长度为L；所述旋转镦挤I段与挤入段和旋转镦挤II段相接，旋转镦挤I段与挤入段的相接端面为圆形，直径为D1，旋转镦挤I段与旋转镦挤II段的相接端面为等边八边形，等边八边形的外接圆的直径为D2，圆形的中心点与等边八边形的中心点位于旋转镦挤I段的中心轴线上，旋转镦挤I段的长度为M。所述旋转镦挤II段与旋转镦挤I段和挤出段相接，旋转镦挤II段与旋转镦挤I段的相接端面为等边八边形，等边八边形的外接圆的直径为D2，旋转镦挤II段与挤出段的相接端面为圆形，直径为D3，等边八边形的中心点与圆形的中心点位于旋转镦挤II段的中心轴线上，旋转镦挤II段的长度为M。所述挤出段为等径通道，挤出段的横截面形状为圆形，直径为D3，挤出段的长度为N。所述成形段的横截面由圆形过渡到等边八边形，再由等边八边形过渡到圆形，成形段的通道壁上有8条螺旋曲线，旋转曲线在等边八边形横截面处的切线与等边八边形横截面的交角为α；所述D2＞D1＞D3，L＞N＞2M，L≥0.75(N+2M)；所述α与所要成形的圆柱斜齿轮的螺旋角互余；(4)旋转镦挤变形采用上述的旋转镦挤成形模具来实现旋转镦挤变形，包括以下步骤：步骤一，准备：清洁预挤压试样外表面和型模的通道内壁，并在预挤压试样外表面和型模的通道内壁上涂抹挤压润滑剂；步骤二，装配：将预挤压试样放置于型模的挤入段中，冲头的一端连接到挤压装置的装夹固定端，另一端为挤压工作端，与预挤压试样的挤压端面相接触；步骤三，挤压成形：开启挤压装置，冲头以1～10mm/s的挤压速度挤压预挤压试样，当冲头的挤压工作端面与挤入段的下端面重合时，关闭挤压装置，停止冲头的挤压运行，再开启挤压装置，冲头以10～20mm/s的速度提升，当冲头完全从型模的通道出来时，将第二个预挤压试样放置于型模的挤入段中，开启挤压装置，冲头以1～10mm/s的挤压速度挤压第二个预挤压试样，当冲头的挤压端面与型模的挤入段的下端面重合时，关闭挤压装置，停止冲头的挤压运行，再开启挤压装置，冲头以10～20mm/s的速度提升，第二个预挤压试样会将第一个预挤压试样挤出挤压模具通道，第一个预挤压试样依次经过圆形-等边八边形-圆形变形，完成第一个预挤压试样的旋转镦挤变形；步骤四，后续挤压：重复步骤三完成更多预挤压试样的旋转镦挤变形。本专利技术的有益效果是，本专利技术提出了一种用于圆柱斜齿轮的预制坯成形方法，采用扭转变形和旋转镦挤变形相结合的方法，扭转变形可以对金属材料进行梯度材料的制备，扭转变形后的试样，棒材由外围到中心晶粒由细变粗，实现了梯度晶粒分布特征，齿轮的齿端部位正是容易受损的地方，所以细晶可以提高齿端的强度，而齿轮中心部位受力要求不高，所以粗晶特征满足其对强度的要求。本专利技术后续采取的旋转镦挤成形的技术方案，实现了棒材的镦粗变形、挤压成形与扭转剪切变形相结合的复合成形方式。由于成形段是下端面小于上端面的鼓形结构，所以金属材料在其内部，先实现的是镦粗变形，当材料全部填充变形段后，发生挤压变形，同时螺旋曲线可激励扭转剪切变形，因此，旋转镦挤成形能够获得比传统挤压成形更大的变形程度，一方面进一步可以细晶晶粒，提高材料的力学性能，另一方面可以改善材料的金属纤维流线分布，对于后续的变形加工和机加工十分有利。该专利技术设计合理可靠，具有成形方法简单，操作简便等优点，改善了圆柱斜齿轮的预制坯成形的综合力学特征，为后续的圆柱斜齿轮的成形和机加工打下良好的技术铺垫。附图说明图1是型模的通道的示意图；图2是型模的通道的具体结构示意图；图3是变形段横截面的结构示意图；图中：1.挤入段，2.旋转镦挤I段，3.旋转镦挤II段，4.挤出段，5.成形段。具体实施方式下面通过实施例来进一步说明本专利技术，但不局限于以下实施例。实施例：螺旋角为45°的圆柱斜齿轮的预制坯成形方法。预制坯成形方法包括以下步骤：下棒制样、扭转变形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种圆柱斜齿轮的预制坯成形方法，其特征在于：包括以下步骤：下棒制样、扭转变形、切割扭转棒料和旋转镦挤变形。

【技术特征摘要】
1.一种圆柱斜齿轮的预制坯成形方法，其特征在于：包括以下步骤：下棒制样、扭转变形、切割扭转棒料和旋转镦挤变形。2.根据权利要求1所述圆柱斜齿轮的预制坯成形方法，其特征在于：所述下棒制样可以根据斜齿轮的锻件图、锻造工艺要求和体积不变的原则下料，按照GB/T10128-2007国标制备扭转变形的试样。3.根据权利要求1所述圆柱斜齿轮的预制坯成形方法，其特征在于：所述扭转变形包括以下步骤：首先，打开扭转机主机电源开关，待测控系统完成开机自检后，按压“扭矩清零”和“扭角清零”按纽，然后根据试样的形状来确定所用夹块的夹头衬套的类型，试样的圆形夹持部分使用V型夹块，圆形铣扁的夹持部分用方型夹块，做圆形试样的试验时，直接把试样放在两V型夹块中间，用专用扳手分别拧紧夹头两侧夹紧螺钉至试样基本处于夹头的中心位置，然后用同样方法夹紧试样的另一端，在用方形夹块时，使用夹头衬套，依据试样夹持部分的大小来确定方形夹块和夹头衬套的规格，选择好夹块和衬套后，把夹头衬套和方型夹块放入两边的扭转夹头内，将试样放入中间，用专用扳手拧紧夹块；在试样装好后，如果扭矩显示窗口上显示的扭矩值不为零，则要按下“机械调零”键，调整减速机输入端的手轮至控制面板上“扭矩”显示窗口的数值为零，松开“机械调零”键，按压“扭角清零”；准备工作全部做好后，选择扭矩量程，选择原则是试样理论最大扭矩为所选档位的60％-70％，扭转速度根据所制齿轮的材料和生产工艺进行选择，按照GB/T10128-2007金属材料室温扭转试验方法进行试样的扭转变形，直至扭转变形结束，先去一端，再取另一端，试验结束。4.根据权利要求1所述圆柱斜齿轮的预制坯成形方法，其特征在于：所述切割扭转棒料是将扭转过后的试样按照旋转镦挤变形的预挤压试样标准切割试样，预挤压试样为圆柱形棒材，直径为D1，长度0.75L。5.根据权利要求1所述圆柱斜齿轮的预制坯成形方法，其特征在于：所述旋转镦挤变形所使用的一种旋转镦挤成形模具，由冲头和型模组成，型模的通道由挤入段、成形段和挤出段组成，成形段由旋转镦挤I段和旋转镦挤II段组成；所述挤入段为等径通道，挤入段的横截面为圆形，直径为D1，挤入段的长度为L；所述旋转镦挤I段与挤入段和旋转镦挤II...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭先龙，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61