專利名稱：大模數直齒圓柱齒輪冷擠壓工藝及其專用模具的制作方法
技術領域：
本發明屬于冷鍛精密成形技術領域，涉及齒輪冷擠壓工藝，尤其涉及一種大模數直齒圓柱齒輪的冷擠壓工藝及其專用模具。
背景技術：
現有技術中，大模數直齒圓柱齒輪的傳統鍛造成形工藝主要有三種:(I)鐓擠成形工藝，是指在凸模軸向力作用下，金屬坯料在凹模型腔內受到鐓壓發生鐓粗變形，徑向上金屬流向四周，逐步充滿齒形型腔。該工藝成形載荷極大，且上、下端面角隅難充滿，齒根部分易產生微裂紋，模具壽命低；(2)正擠成形工藝，是指在擠壓凸模的作用下，圓柱體金屬坯料受到擠壓從凹模型腔中擠出，從而獲得所需的齒輪。該工藝目前僅能應用于小直徑、小模數直齒圓柱齒輪的精鍛成形，擠壓端需留有連皮余量。(3)分流成形工藝，是指在坯料與模具組成的閉合鍛造型腔內的某個部位開設一個金屬的分流通道(分流腔)，實現減壓分流的目的，從而使得鍛件更易于成形。該工藝中的分流孔或分流軸的直徑尺寸對齒形成形有較大影響，材料利用率不高。
發明內容
發明目的:為了解決現有技術的不足，本發明提供了一種大模數直齒圓柱齒輪冷擠壓工藝，制作出模數大于等于4的直齒圓柱齒輪，滿足使用需求。本發明的另一目的是提供一種大模數直齒圓柱齒輪冷擠壓工藝的專用模具。技術方案:為了實現以上目的，本發明采用的技術方案如下:
先對坯料進行預處理、整形處理、反擠深孔處理及沖底處理成形出空心坯料，然后對空心坯料進行預成形冷擠齒處理和精成形冷擠齒處理，制作出模數大于等于4的直齒圓柱齒輪，其中，在預成形冷擠齒處理和精成形冷擠齒處理兩工序之間采用等溫正火或退火工藝處理和潤滑處理。包括以下步驟:
(1)對坯料依次進行下料、720°C-80(TC退火、拋丸、磷化和潤滑處理；
(2)整形處理，控制端面與軸線的垂直度公差在0.1Omm以內，控制兩端面的平行度公差在0.05mm以內；
(3)反擠深孔處理，控制深孔尺寸公差在±0.1Omm以內；
(4)沖底處理成形為空心還料,控制連皮厚度小于8_；
(5)依次進行720V-80(TC退火、拋丸、磷化及潤滑處理；
(6)預成形冷擠齒處理，齒形斷面縮減率為20% 30%；
(7)等溫正火或退火處理，溫度為750°C-850°C ；
(8)拋丸、磷化及潤滑處理；
(9)精成形冷擠齒處理，齒形斷面縮減率為2 8%，齒形齒向精度達到DIN9-10級。所述的潤滑處理為皂化處理或者采用高分子潤滑劑進行處理，其中所述的高分子潤滑劑可以是冷擠壓潤滑劑，市面均有售。所述的專用模具為預成形冷擠齒處理和精成形冷擠齒處理采用，模具均由上模芯料桶部分和下模芯齒形部分組成，其中，上模芯料桶部分由上模芯(I)和設于所述上模芯(I)外的預應力外圈(2)組成；下模芯齒形部分由齒形下模芯(4)、設于該齒形下模芯(4)夕卜面的下模芯應力內圈(5 )及設于所述下模芯應力內圈(5 )外面的下模芯應力外圈(6 )組成。所述的上模芯(I)與預應力外圈(2)之間采用0.4%-0.7%的過盈量；所述的該齒形下模芯(4)與下模芯應力內圈(5)、下模芯應力內圈(5)與下模芯應力外圈(6)、下模芯應力外圈(6)與上模芯預應力外圈(2)之間均采用0.3%-0.7%的過盈量。有益效果:本發明與現有技術相比具有以下優點:傳統成形工藝加工出的該類齒輪，后續需進行磨齒、剃齒或珩齒加工才能達到精度要求，而采用本發明所述工藝生產出的直齒圓柱齒輪，齒形精度和齒向精度能達到9-10級，齒面無需后續機械加工；本發明所述工藝工序簡單，效率高，無需采用加熱工藝，能夠大大降低能耗；模具壽命能達到十萬次以上，成本得到大大降低。
圖1為大模數直齒圓柱齒輪的產品的主視 圖2為大模數直齒圓柱齒輪的產品的剖視 圖3為大模數直齒圓柱齒輪的工藝流程 圖4為預成形和精成形冷擠齒處理工序中的模具的結構示意 圖5為預成形和精成形冷擠齒處理工序所用模架的結構示意圖。
具體實施方式
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下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍，在閱讀了本發明之后，本領域技術人員對本發明的各種等同變換或修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。實施例1:
如圖1、圖2所示，本發明所生產的直齒圓柱齒輪模數大于等于4，中心孔 部留一定余量以便后續機加工，齒形精度要求達到DIN 9級及以上。本實施例提供的大模數直齒圓柱齒輪冷擠壓工藝，主要包括以下步驟:
(1)對坯料依次進行下料、750°C退火、拋丸、磷化和潤滑處理；
(2)整形處理，控制端面與軸線的垂直度公差在0.1Omm以內，控制兩端面的平行度公差在0.05mm以內；
(3)反擠深孔處理，控制深孔尺寸公差在±0.1Omm以內；
(4)沖底處理成形為空心還料,控制連皮厚度小于8_；
(5)依次進行720V-80(TC退火、拋丸、磷化及潤滑處理；
(6)預成形冷擠齒處理，齒形斷面縮減率為20-30%；
(7)等溫正火或退火處理，溫度為750-850°C；
(8)拋丸、磷化及潤滑處理；
(9)精成形冷擠齒處理，齒形斷面縮減率為2-8%，齒形齒向精度達到DIN9-10級。如圖3所示，為本發明所涉及的主要工序簡圖，整形處理、反擠深孔處理及沖底處理工序是為了成形出空心坯料，主要特征在于預成形冷擠齒處理工序和精成形冷擠齒處理工序，在該兩工序之間需采用等溫正火工藝處理及潤滑處理。如附圖4所示，預成形冷擠齒處理和精成形冷擠齒處理所用模具結構均為整體式結構，將其稱為整體式凹模7，由上模芯料桶部分和下模芯齒形部分組成。上模芯料桶部分由上模芯I和設于其外的預應力外圈2組成；上模芯I采用冷作模具鋼材料制成，預應力外圈2采用H13制成，上模芯I與預應力外圈2之間采用0.5% (在0.4%-0.7%范圍內均可)的過盈量配合，上模芯I用于對坯料3的定位，預應力外圈2主要起緊固預緊的作用。下模芯齒形部分為組合三層應力套結構，由齒形下模芯4、設于該齒形下模芯4外面的下模芯應力內圈5及設于該下模芯應力內圈5外面的下模芯應力外圈6組成，其中，齒形下模芯4采用硬質合金材料制成，其設有5_的齒形擠壓帶，齒形擠壓帶與上模芯料桶部分有15度倒角過渡，齒形擠壓帶的下部為透空區域，間距約為單邊0.05mm-0.15mm,主要起降低擠壓力的作用。齒形下模芯4與下模芯應力內圈5、下模芯應力內圈5與下模芯應力外圈6、下模芯應力外圈6與上模芯應力外圈2均采用0.5% (在0.3%-0.7%范圍內均可)的過盈量配合。預成形冷擠齒處理工序和精成形冷擠齒處理工序所用模具結構一致，在更換工序時，只需更換齒形下模芯4即可。如圖5、圖6所示，為預成形冷擠齒處理和精成形冷擠齒處理所用模架系統，其中，預成形冷擠齒處理過程如下:在初始狀態，將空心圓柱坯料(B)定位于整體式凹模7中的上模芯料桶處，其中，第一沖頭套11與第二沖頭套12、第二沖頭套12與沖頭13采取間隙配合并通過沖頭13及第二沖頭套12上端的臺階進行固定，第一沖頭套11固定在壓力機的上砧板處。整體式凹模7置于第一墊塊8上,第一墊塊8置于第二墊塊9上端面,螺紋壓塊10通過整體式凹模7的臺階壓緊，并與第三墊塊14進行螺紋連接固定，第二墊塊9通過T形螺栓與壓力機下砧板15的T形槽進行連接固定。當壓力機運作時，第一沖頭套11、第二沖頭套12及沖頭13不斷向下運動，直至第二沖頭套12的下端面貼合空心圓柱坯料3的上端面，再通過壓力機施加壓力，使得空心圓柱坯料(B)通過整體式凹模7中的擠壓工作帶，從而完成預成形冷擠齒處理過程，齒形斷面縮減率為20-30%，齒形齒向精度達到DIN 9級。經過上述步驟(7)等溫正火或退火處理和步驟(8)拋丸、磷化及潤滑處理后，更換齒形下模芯4，再同上述操作過程進行精成形冷擠齒處理，齒形斷面縮減率為2-8%，齒形齒向精度達到DIN 10 級。
權利要求
1.一種大模數直齒圓柱齒輪冷擠壓工藝，其特征在于:先對坯料進行預處理、整形處理、反擠深孔處理及沖底處理成形出空心坯料，然后對空心坯料進行預成形冷擠齒處理和精成形冷擠齒處理，制作出模數大于等于4的直齒圓柱齒輪，其中，在預成形冷擠齒處理和精成形冷擠齒處理兩工序之間采用等溫正火或退火工藝處理和潤滑處理。
2.根據權利要求1所述的大模數直齒圓柱齒輪冷擠壓工藝，其特征在于:包括以下步驟: (1)對坯料依次進行下料、720°C-80(TC退火、拋丸、磷化和潤滑處理； (2)整形處理，控制端面與軸線的垂直度公差在0.1Omm以內，控制兩端面的平行度公差在0.05mm以內； (3)反擠深孔處理，控制深孔尺寸公差在±0.1Omm以內； (4)沖底處理成形為空心還料,控制連皮厚度小于8_； (5)依次進行720V-80(TC退火、拋丸、磷化及潤滑處理； (6)預成形冷擠齒處理，齒形斷面縮減率為20% 30%； (7)等溫正火或退火處理，溫度為750°C-850°C ； (8)拋丸、磷化及潤滑處理； (9)精成形冷擠齒處理，齒形斷面縮減率為2 8%，齒形齒向精度達到DIN9-10級。
3.根據權利要求1所述的大模數直齒圓柱齒輪冷擠壓工藝，其特征在于:所述的潤滑處理為皂化處理或者采用高分子潤滑劑進行處理。
4.根據權利要求1所述的大模數直齒圓柱齒輪冷擠壓工藝的專用模具，其特征在于:所述的專用模具為預成形冷擠齒處理和精成形冷擠齒處理采用，模具均由上模芯料桶部分和下模芯齒形部分組成，其中，上模芯料桶部分由上模芯(I)和設于所述上模芯(I)外的預應力外圈(2)組成；下模芯齒形部分由齒形下模芯(4)、設于該齒形下模芯(4)外面的下模芯應力內圈(5 )及設于所述下模芯應力內圈(5 )外面的下模芯應力外圈(6 )組成。
5.根據權利要求4所述的大模數直齒圓柱齒輪冷擠壓工藝，其特征在于:所述的上模芯(I)與預應力外圈(2)之間采用0.4%-0.7%的過盈量；所述的該齒形下模芯(4)與下模芯應力內圈(5)、下模芯應力內圈(5)與下模芯應力外圈(6)、下模芯應力外圈(6)與上模芯預應力外圈(2)之間均采用0.3%-0.7%的過盈量。
全文摘要
本發明公開了一種大模數直齒圓柱齒輪冷擠壓工藝，主要步驟如下:對坯料進行剪切或鋸切下料；整形處理；反擠深孔處理及沖底處理成形出空心坯料，然后進行預成形冷擠齒處理工序和精成形冷擠齒處理工序，在該兩工序之間采用等溫正火或退火工藝處理及潤滑處理。本發明與現有技術相比具有以下優點傳統成形工藝加工出的該類齒輪，后續需進行磨齒、剃齒或珩齒加工才能達到精度要求，而采用本發明所述工藝生產出的直齒圓柱齒輪，齒形精度和齒向精度能達到9-10級，齒面無需后續機械加工；本發明所述工藝工序簡單，效率高，無需采用加熱工藝，能夠大大降低能耗；模具壽命能達到十萬次以上，成本得到大大降低。
文檔編號B21C23/20GK103111483SQ201310040248
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月1日 優先權日2013年2月1日
發明者章立預, 馬霄峰, 鄭英俊 申請人:太倉久信精密模具有限公司