專利名稱：直齒圓柱齒輪的疊料冷精鍛工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械制造行業(yè)中的冷精鍛工藝，特別是一種適用于直齒圓柱齒輪生產(chǎn)的疊料精鍛工藝。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，直齒圓柱齒輪應(yīng)用最多的加工工藝仍是傳統(tǒng)的切削加工工藝，使用鍛造坯料或棒料，經(jīng)過車、銑及隨后的熱處理最終成形，該工藝加工工時(shí)長，生產(chǎn)效率低，材料浪費(fèi)較大，且耗能較多，其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益都較差，并且在切削過程中將齒形部位的材料纖維切斷，降低了齒輪的強(qiáng)度和使用壽命。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，用于汽車和航空工業(yè)的齒輪類零件要求減輕重量和增加強(qiáng)度，同時(shí)由于競爭的需要，還要求降低成本，齒輪精鍛加工正是適應(yīng)這種需求的一種工藝。 與傳統(tǒng)的切削加工工藝相比，齒輪精鍛工藝能夠改善了齒輪的組織性能，提高了齒輪的使用壽命，產(chǎn)效率高，材料利用率高，經(jīng)濟(jì)效益好。對(duì)于直齒圓柱齒輪尤其是高徑比較小的齒輪，由于精鍛時(shí)齒形(特別是上下角隅處)充填困難，最終造成角隅處充填不足，同時(shí)凹模型腔壁要承受很大壓強(qiáng)，且有高度的應(yīng)力集中，容易導(dǎo)致凹模開裂，因此直齒圓柱齒輪精鍛成形比錐齒輪困難得多，目前尚處于工藝探索和實(shí)驗(yàn)室研究階段，是近年來國內(nèi)外鍛壓技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種直齒圓柱齒輪的疊料精鍛工藝，該工藝針對(duì)直齒圓柱齒輪冷精鍛充填不足的難點(diǎn)，采用兩塊坯料軸線重合上下疊合進(jìn)行兩次擠壓，能夠在小得多的擠壓力下成功壓制出合格零件，具有成形容易，充填完滿，擠壓力小，模具結(jié)構(gòu)簡單可靠而壽命長等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。一種直齒圓柱齒輪的疊料冷精鍛成形工藝，該工藝包括下述步驟1)將兩塊體積相同的圓柱形坯料沿其軸線重合置于圓形凹模中，且將兩塊圓柱形坯料內(nèi)端面接觸進(jìn)行疊合，然后進(jìn)行初次擠壓；這時(shí)坯料互相接觸的端面附近材料將首先貼合圓形凹模，齒形角隅處充型完好；2)當(dāng)兩塊圓柱形坯料與圓形凹模貼合面大于1/2坯料高度時(shí)，停止擠壓，將兩塊坯料取出；3)然后將兩塊坯料上下位置互換，再放入圓形凹模中，經(jīng)上頂模與下頂模壓頭接觸的坯料面相互疊合，再次進(jìn)行擠壓；4)當(dāng)兩塊坯料與圓形凹模充分貼合、齒形充填完滿后，停止擠壓；5)將經(jīng)兩次擠壓后的零件進(jìn)行整平后，即得最終工件。本發(fā)明進(jìn)一步的特征在于所述初次擠壓變形的初始階段，充滿角隅所需的應(yīng)力為坯料進(jìn)入屈服階段的屈服應(yīng)力。所述再次擠壓變形的初始階段，充滿角隅所需的應(yīng)力稍大于初次擠壓的屈服應(yīng)力，小于單料擠壓時(shí)硬化后的屈服應(yīng)力。本發(fā)明直齒圓柱齒輪的冷精鍛成形工藝，將兩塊圓柱形坯料軸線重合端面接觸進(jìn)行疊合，然后進(jìn)行初次擠壓，這時(shí)坯料互相接觸的端面附近材料將先貼模，齒形角隅處充型完好；將兩坯料上下位置互換后，兩坯料原先與模具壓頭接觸的未完全變形的端面互相接觸疊合，原先處在中部已經(jīng)充分變形的端面與模具壓頭接觸，再次進(jìn)行擠壓，未完全變形的部分將充分變形，這樣就可以獲得完整的充填完滿的零件；將齒形充填完滿的零件進(jìn)行整平獲得最終工件。該工藝的實(shí)質(zhì)是可以將普通冷擠壓時(shí)難以充填的角隅部位轉(zhuǎn)換到容易變形的部位進(jìn)行擠壓成形，可在低得多的壓力下使齒廓部位充填完整。本發(fā)明提出的工藝方法有以下優(yōu)點(diǎn)1、齒廓充填完滿。采用兩次擠壓，巧妙地解決了齒廓角隅處無法完全充填的難題。2、變形抗力小，成形容易。由于兩次擠壓都不必因充填角隅處而加大壓力，使整個(gè)工藝中的形變應(yīng)力比普通擠壓或單料擠壓時(shí)硬化后的屈服應(yīng)力小許多。3、模具結(jié)構(gòu)簡單，壽命長。不需要特殊變形控制過程，只需要最簡單的變形過程， 所以模具結(jié)構(gòu)簡單，制作成本低。4、加工過程簡單，無需加熱耗能。只用到最普通的擠壓工藝，而且無需溫、熱擠壓也能夠完滿充型，節(jié)能環(huán)保。


圖1為初次擠壓前坯料在模具中的位置；圖2為坯料初次擠壓時(shí)的形態(tài)；圖3為兩坯料上下位置互換后在模具中的形態(tài)；圖4為二次擠壓后坯料最終的形態(tài)，齒廓充填完整；圖5為初次擠壓前兩塊坯料的疊合狀態(tài)；圖6為初次擠壓后兩塊坯料的形狀；圖7為初次擠壓完成后，兩塊坯料上下位置互換后疊合狀態(tài)；圖8為互換位置后，經(jīng)過二次擠壓時(shí)坯料的形態(tài)。圖中1、圓形凹模；2、上頂模；3、下頂模。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。該直齒圓柱齒輪的疊料冷精鍛成形工藝，包括下述步驟1)在室溫下，將兩塊體積相同的圓柱形坯料沿其軸線重合置于圓形凹模1中，如圖5所示；且將兩塊圓柱形坯料內(nèi)端面接觸進(jìn)行疊合，然后進(jìn)行初次擠壓，如圖6所示，初次擠壓變形的初始階段，充滿角隅所需的應(yīng)力為坯料進(jìn)入屈服階段的屈服應(yīng)力，這時(shí)坯料互相接觸的端面附近材料將首先貼合圓形凹模1，齒形角隅處充型完好；2)當(dāng)兩塊圓柱形坯料與圓形凹模1貼合面大于1/2坯料高度時(shí)，停止擠壓，將兩塊坯料取出；
3)然后將兩塊坯料上下位置互換，再放入圓形凹模1中，經(jīng)上頂模2與下頂模3壓頭接觸的坯料面相互疊合，如圖7所示，再次進(jìn)行擠壓；再次擠壓變形的初始階段，充滿角隅所需的應(yīng)力稍大于初次擠壓的屈服應(yīng)力，小于單料擠壓時(shí)硬化后的屈服應(yīng)力。4)當(dāng)兩塊坯料與圓形凹模充分貼合、齒形充填完滿后，停止擠壓；5)將經(jīng)兩次擠壓后的零件進(jìn)行整平后，即得最終工件。本發(fā)明再次擠壓力和初次擠壓時(shí)相差不多，坯料也將經(jīng)歷和初次擠壓類似的變形過程，小端面處的材料很容易向外鼓出，再次使未充滿的角隅處充填完滿，如圖8所示.這樣通過兩次擠壓獲得兩個(gè)合格零件。本發(fā)明通過疊加兩塊坯料進(jìn)行擠壓實(shí)現(xiàn)直齒圓柱齒輪的冷精鍛成形的工藝原理是將兩塊同樣大小的坯料A、B疊合后，見圖1，施加一定程度的變形，此時(shí)兩塊坯料的變形過程和單獨(dú)一塊料是一樣的(即這個(gè)單獨(dú)的料的直徑和兩塊坯料一樣，而高度是每塊坯料的兩倍)，先從中部呈鼓形向外鼓出，見圖2，也就是上面一塊料的下部和下面一塊料的上部同時(shí)向外鼓出，在較低的壓力下鼓出的外表面貼緊模具，這樣原先單料擠壓時(shí)不易充填的一處角隅就很容易形成了完滿的齒廓，然后取出坯料，在將兩塊料上下位置互換(或不換位置而坯料翻轉(zhuǎn))，見圖3，再次放入模具中施加壓力，再次發(fā)生中部鼓出的變形過程，使坯料的另一處角隅也完全充滿型腔，完成整個(gè)成形過程，見圖4。該工藝的關(guān)鍵點(diǎn)是利用疊料擠壓使最不容易變形的角隅部位轉(zhuǎn)換到最容易變形的部位以順利完成齒廓充填。本發(fā)明在效率上和普通擠壓相同，而最高壓力則比普通擠壓工藝下降約30%以上；獲得的零件可達(dá)8級(jí)精度。因不需要加熱鍛造，也不必用很大功率的壓力機(jī)即可實(shí)現(xiàn)直齒圓柱齒輪的完全充型，所用模具為普通結(jié)構(gòu)模具，簡單而可靠性高，制造容易且使用壽命長，使這種工藝具有簡單、可靠、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種直齒圓柱齒輪的疊料冷精鍛成形工藝，其特征在于，該工藝包括下述步驟1)將兩塊體積相同的圓柱形坯料沿其軸線重合置于圓形凹模(1)中，且將兩塊圓柱形坯料內(nèi)端面接觸進(jìn)行疊合，然后進(jìn)行初次擠壓；2)當(dāng)兩塊圓柱形坯料與圓形凹模(1)貼合面大于1/2坯料高度時(shí)，停止擠壓，將兩塊坯料取出；3)然后將兩塊坯料上下位置互換，再放入圓形凹模(1)中，經(jīng)上頂模( 與下頂模(3) 壓頭接觸的坯料面相互疊合，再次進(jìn)行擠壓；4)當(dāng)兩塊坯料與圓形凹模(1)充分貼合、齒形充填完滿后，停止擠壓；5)將經(jīng)兩次擠壓后的零件進(jìn)行整平后，即得最終工件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直齒圓柱齒輪的疊料冷精鍛成形工藝，其特征在于，所述初次擠壓變形的初始階段，充滿角隅所需的應(yīng)力為坯料進(jìn)入屈服階段的屈服應(yīng)力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直齒圓柱齒輪的疊料冷精鍛成形工藝，其特征在于，所述再次擠壓變形的初始階段，充滿角隅所需的應(yīng)力大于初次擠壓的屈服應(yīng)力，小于單料擠壓時(shí)硬化后的屈服應(yīng)力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直齒圓柱齒輪的疊料冷精鍛成形工藝，包括下述步驟1)將兩塊體積相同的圓柱形坯料沿其軸線重合置于圓形凹模中，疊合，初次擠壓；2)當(dāng)兩塊圓柱形坯料與圓形凹模貼合面大于1/2坯料高度時(shí)，停止擠壓，取出；3)將兩塊坯料上下位置互換，相互疊合，再次擠壓；4)當(dāng)兩塊坯料與圓形凹模充分貼合、齒形充填完滿，停止擠壓；5)將經(jīng)兩次擠壓后的零件進(jìn)行整平后，即得最終工件。該工藝能夠在較低的擠壓力下使直齒圓柱齒輪疊料角隅處充填完整，成功壓制出合格零件，具有成形容易，充填完滿，模具結(jié)構(gòu)簡單可靠，而壽命長等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B21J5/02GK102350475SQ20111025901
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月2日
發(fā)明者楊程, 章建軍 申請(qǐng)人:西安建筑科技大學(xué)