專利名稱：一種齒輪軸的精鍛成形模具及成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及齒輪軸的生產(chǎn)領(lǐng)域，具體是ー種采用旋轉(zhuǎn)鍛造方式生產(chǎn)齒輪軸的方法。
背景技術(shù)：
齒輪軸作為機(jī)械設(shè)備中重要的傳動(dòng)部件，工作時(shí)其嚙合部位承受著較高的接觸載荷作用，磨損嚴(yán)重，且齒輪在交變載荷作用下極易疲勞損傷。因此，提高齒輪嚙合區(qū)域的強(qiáng)度和耐磨性就顯得尤為重要。目前，齒輪及齒輪軸加工主要利用擠壓或鍛造模具從軸向進(jìn)行壓カ成形。公開號(hào)為CN1593807、CN101025225、CN1569351和CN1868633的發(fā)明創(chuàng)造主要采用冷擠壓的方式，通過對(duì)齒輪凹模的設(shè)計(jì)直接精確成形直齒輪，其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在提高材料的利用率。公開號(hào)為CN1367051的發(fā)明創(chuàng)造提出了一種精確成形齒輪的エ藝，該エ 藝主要采用溫?cái)D壓來提高成形齒輪的精度，優(yōu)點(diǎn)是成形質(zhì)量好，但成形過程中模具承受的變形抗カ相對(duì)較大。公開號(hào)CN1511069和CN101031375的發(fā)明創(chuàng)造分別描述了盆形齒輪和傘形齒輪的加工方法，二者均采用了傳統(tǒng)鍛造エ藝，前者在鍛后需要通過配對(duì)齒輪的研磨來提高齒輪的精度；后者則必需憑借改進(jìn)鍛造裝置和模具來提高齒輪的精度。公開號(hào)為 CN1820891的發(fā)明創(chuàng)造采用分流鍛造エ藝對(duì)汽車倒檔齒輪的成形エ藝進(jìn)行了改進(jìn)，通過在毛坯或模具上建立分流ロ，改善了齒頂尖角處金屬流動(dòng)性差的問題。公開號(hào)為CN1836814 的發(fā)明創(chuàng)造提出針對(duì)厚度較小齒輪的成形エ藝，通過放電電極沿齒形的變化加工出精度較高的齒輪。以上通過傳統(tǒng)鍛造或擠壓方式加工出的齒輪及齒輪軸通常表現(xiàn)出工作區(qū)域強(qiáng)度較低和耐磨性較差的現(xiàn)象，且對(duì)模具和設(shè)備的要求也非常高。在實(shí)際應(yīng)用中還須通過一系列后續(xù)的強(qiáng)化工藝，如滲碳和滲硼等，提高了成產(chǎn)成本。相比較而言，公開號(hào)為CN101850393 的發(fā)明創(chuàng)造中提出了采用冷旋壓エ藝成形齒輪的方法，該方法因需用至少三根齒形和模數(shù)與成形齒輪相同的旋輪，并通過坯料與旋輪的嚙合成形制備出滿足精度要求的齒輪，操作難度較大。公開號(hào)為CN1718305的發(fā)明創(chuàng)造通過將毛坯套在外齒形芯模上，利用三個(gè)間隔 120°的旋輪成形出高精度齒輪，其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為低成本、高生產(chǎn)率。然而，該齒輪成形方法主要針對(duì)內(nèi)嚙合齒輪。公開號(hào)CN101332488和CN101342566的發(fā)明創(chuàng)造通過傳統(tǒng)的正擠壓和反擠壓エ藝分別成形傘齒輪軸和帶有內(nèi)齒輪的齒輪軸，然而成形過程中模具受到的變形抗力較大，且對(duì)待成形齒輪軸的長(zhǎng)度和直徑有嚴(yán)格的范圍限制?；谝陨犀F(xiàn)有技術(shù)可以看出，傳統(tǒng)齒輪軸鍛造方法存在成形后的齒輪軸強(qiáng)度和精度較低，生產(chǎn)過程中對(duì)模具的強(qiáng)度和精度較高；其它齒輪成形方法在成形齒輪軸過程中也存在不足，不能完全應(yīng)用于齒輪軸成形。與以上發(fā)明創(chuàng)造比較，旋轉(zhuǎn)鍛造是在多錘頭對(duì)擊的旋轉(zhuǎn)鍛機(jī)上生產(chǎn)精密軸類件的ー種專用生產(chǎn)エ藝。該エ藝?yán)昧溯S對(duì)稱件的優(yōu)勢(shì)，能通過坯料的旋轉(zhuǎn)逐漸成形出精度較高的軸鍛件。由于成形過程中很好地保持了原始坯料中的微觀組織并形成流線分布，因此，成形后的ェ件在徑向表現(xiàn)出較高的強(qiáng)度和耐磨性，且方法生產(chǎn)過程中對(duì)模具的強(qiáng)度和精度要求較低。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的齒輪軸強(qiáng)度和精度較低，生產(chǎn)過程中對(duì)模具的強(qiáng)度和精度較高的不足，本發(fā)明提出了ー種齒輪軸的精鍛成形模具及成形方法。本發(fā)明所述的齒輪軸的精鍛成形模具包括軸成形模具、外齒輪成形模具和芯摸。 所述的外齒輪成形模具由四個(gè)外形相同的分模組成，并且各分模的內(nèi)表面為齒狀的1/4圓弧面，各分模的側(cè)表面為45°的斜面，將四個(gè)分模拼合為內(nèi)表面有齒的外齒輪成形模具。 所述的外齒輪成形模具的各分模的內(nèi)表面均分為預(yù)成形段和整形段兩部分，分模整形段的長(zhǎng)度取棒料待成形區(qū)域直徑的70 95%，預(yù)成形段的長(zhǎng)度取棒料待成形區(qū)域直徑的40 60%。，各分模內(nèi)表面上齒拔模斜面的拔模角均取2°。所述外齒輪成形模具的預(yù)成形段的錐角為3. Γ。所述外齒輪成形模具的整形段與預(yù)成形段的齒數(shù)均與待加工齒輪軸的齒數(shù)相同。所述外齒輪成形模具的整形段的模數(shù)與待加工齒輪軸的模數(shù)相同，所述外齒輪成形模具預(yù)成形段的模數(shù)依據(jù)棒料直徑+ (齒數(shù)-2. 5)確定。所述芯模分為拔模段、成形段和固定段。成形段位于芯模的中間部分，用于成形漸開線內(nèi)花鍵。所述成形段外圓表面齒的齒數(shù)和模數(shù)與齒輪軸端面漸開線內(nèi)花鍵的齒數(shù)和模數(shù)相同。所述芯模成形段的齒根圓和固定段外圓為光滑過渡的圓錐體，并且該圓錐體外圓表面與芯模的中心線之間的夾角為3°。本發(fā)明所提出的成形齒輪軸的方法，其具體包括以下步驟步驟1，加熱棒料。將棒料放入加熱爐中，將加熱爐升溫至920°C后保溫20min。將加熱后的棒料夾裝在徑向精鍛機(jī)的夾頭上。步驟2，粗鍛齒輪軸的長(zhǎng)軸端和外齒輪端的短軸段。粗鍛過程中夾頭的送進(jìn)速度為 50mm/min，夾頭的轉(zhuǎn)速為13. 89r/min，毎分鐘打擊200次。粗鍛的具體過程是I成形長(zhǎng)軸端。在徑向精鍛機(jī)上安裝第一次縮徑用軸成形模具，對(duì)齒輪軸的長(zhǎng)軸端進(jìn)行第一次縮徑。通過精鍛機(jī)的夾頭將棒料送入鍛模內(nèi)，并由徑向精鍛機(jī)對(duì)該棒料進(jìn)行錘打，直到完成設(shè)定的鍛造長(zhǎng)度。II成形外齒輪端的短軸段。利用第一次縮徑用軸成形模具對(duì)外齒輪端的短軸段進(jìn)行第一次縮徑。通過精鍛機(jī)的夾頭將棒料送入鍛模內(nèi)，由徑向精鍛機(jī)對(duì)該棒料進(jìn)行錘打，直到完成設(shè)定的鍛造長(zhǎng)度。III再次成形外齒輪端的短軸段，在徑向精鍛機(jī)上安裝第二次縮徑用軸成形模具， 對(duì)齒輪軸的外齒輪端的短軸段進(jìn)行第二次縮徑。通過精鍛機(jī)的夾頭將棒料送入鍛模內(nèi)，由徑向精鍛機(jī)對(duì)該棒料進(jìn)行錘打，直到完成設(shè)定的鍛造長(zhǎng)度。得到粗鍛后的短軸段。V再次成形長(zhǎng)軸端。通過第二次縮徑用軸成形模具再次成形長(zhǎng)軸端。通過夾頭將棒料送入鍛模內(nèi)，由徑向精鍛機(jī)對(duì)該棒料進(jìn)行錘打，直到完成設(shè)定的鍛造長(zhǎng)度。得到粗鍛后的長(zhǎng)軸端。步驟3，成形長(zhǎng)軸端的漸開線內(nèi)花鍵。成形過程是I在長(zhǎng)軸端端面的中心處鏜錐形盲孔。該盲孔與棒料同軸。II將芯模插入所述盲孔中，與棒料一同在加熱爐中升溫至920°C，保溫20min。同時(shí)在徑向精鍛機(jī)上安裝成形漸開線內(nèi)花鍵用軸成形模具。取出加熱后的棒料并將該棒料夾裝到徑向精鍛機(jī)上。III成形長(zhǎng)軸端的漸開線內(nèi)花鍵時(shí)從該長(zhǎng)軸端端面開始鍛起。通過夾頭將棒料送入鍛模內(nèi)，由徑向精鍛機(jī)對(duì)該棒料進(jìn)行錘打，直到完成設(shè)定的鍛造長(zhǎng)度。鍛造過程中，夾頭的送進(jìn)速度為20mm/min，夾頭轉(zhuǎn)速為13. 89r/min,毎分鐘打擊200次。得到長(zhǎng)軸端的漸開線內(nèi)花鍵。步驟4，精鍛長(zhǎng)軸端和外齒輪端的短軸段。將棒料空冷至室溫。鍛造過程中，夾頭的送進(jìn)速度為lOmm/min，夾頭轉(zhuǎn)速為25r/min，毎分鐘打擊200次。精鍛過程是I在徑向精鍛機(jī)上安裝精鍛用軸成形模具。將粗鍛后棒料的長(zhǎng)軸端夾裝在徑向精鍛機(jī)上。II從外齒輪端的短軸段端面開始鍛起。通過夾頭將原始棒料送入鍛模內(nèi)，由徑向精鍛機(jī)對(duì)該棒料進(jìn)行錘打，直到完成設(shè)定的鍛造長(zhǎng)度。得到精鍛后的短軸段。 III從長(zhǎng)軸端的軸階處端面開始鍛起。通過夾頭將棒料送入鍛模內(nèi)，由徑向精鍛機(jī)對(duì)該棒料進(jìn)行錘打，直到鍛造完成設(shè)定的鍛造長(zhǎng)度。得到精鍛后的長(zhǎng)軸端。步驟5，精鍛齒輪軸的外齒輪。精鍛過程是I在加熱爐中將經(jīng)過軸成形后的棒料加熱至600°C，保溫30min。II將軸成形模具更換為外齒輪成形模具。將該棒料夾裝在徑向精鍛機(jī)上。III鍛造外齒輪。通過夾頭送進(jìn)和旋轉(zhuǎn)棒料，由徑向精鍛機(jī)對(duì)該棒料進(jìn)行錘打。鍛造過程中，夾頭的送進(jìn)速度為2mm/min，夾頭轉(zhuǎn)速為3. 865r/min，毎分鐘打擊200次。得到成形后的齒輪軸。步驟6，機(jī)加工齒輪軸。通過夾頭抽出芯模后，卸下成形后的齒輪軸。機(jī)床上加工齒輪軸，切去多余尺寸，加工出軸階之間的倒角。本發(fā)明采用旋轉(zhuǎn)鍛造成形方法，通過對(duì)齒輪軸鍛造模具進(jìn)行設(shè)計(jì)，能夠加工出強(qiáng)度和耐磨性能較高的齒輪軸。鍛造過程中，通過控制夾頭的旋轉(zhuǎn)速度，使加工出的齒輪軸齒形精度高。經(jīng)過外齒輪模具的多次錘打，齒輪軸外齒輪表面附近晶粒組織呈流線分布，且與齒的形狀基本相同，生產(chǎn)出的外齒輪的強(qiáng)度、耐腐蝕性和耐磨性均較高。齒輪軸內(nèi)部軸線附近的微觀組織則保留了棒料原有的韌性，使齒輪軸在承受大沖擊載荷作用時(shí)不容易發(fā)生斷裂。本發(fā)明中的成形方法能夠加工的齒輪軸直徑和軸長(zhǎng)范圍廣，成形過程中模具所承受的變形抗カ較小，對(duì)設(shè)備噸位要求低。


附圖1齒輪軸長(zhǎng)軸端和外齒輪端的短軸段的成形過程示意圖。
附圖2齒輪軸的精鍛成形模具的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖3分模的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖4分模的剖視圖。
附圖5外齒輪成形模具的軸測(cè)圖。
附圖6外齒輪成形模具的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖7實(shí)施例一中齒輪軸的形狀示意圖。
附圖8芯模的機(jī)構(gòu)示意圖。
1.原始棒料 2.軸成形模具 3.外齒輪成形模具4.預(yù)成形段5.整形段6.預(yù)成形段錐角 7.齒 8.拔模斜面9.漸開線內(nèi)花鍵 10.長(zhǎng)軸端11.外齒輪 12.短軸段 13.拔模段14.成形段15.固定段
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一本實(shí)施例是ー種齒輪軸的精鍛成形模具，包括軸成形模具2、外齒輪成形模具3和芯摸，分別用于齒輪軸成形中的粗鍛、精鍛，外齒輪成形和漸開線內(nèi)花鍵成形。其中，軸成形模具2采用現(xiàn)有技木。如圖2 圖5所示。所述的外齒輪成形模具3由四個(gè)外形相同的分模組成，所述的外齒輪成形模具3的各分模均為塊狀，并且各分模的外表面為平面，內(nèi)表面為齒狀的1/4 圓弧面；各分模的側(cè)表面為45°的斜面，使相鄰的兩個(gè)分模的側(cè)表面之間直角配合。將四個(gè)分模拼合，使四個(gè)分模的齒狀圓弧面組合成為內(nèi)表面有齒7的外齒輪成形模具3。所述的外齒輪成形模具3的各分模的內(nèi)表面均分為預(yù)成形段4和整形段5兩部分，分模整形段4的長(zhǎng)度取棒料1待成形區(qū)域直徑的70 95%，預(yù)成形段5的長(zhǎng)度取棒料1 待成形區(qū)域直徑的40 60%。本實(shí)施例中，所述預(yù)成形段4和整形段5的長(zhǎng)度分別為75mm 和132mm，表面均有齒7，各分模內(nèi)表面上齒7拔模斜面8的拔模角均取2°。如圖6所示。所述外齒輪成形模具的整形段5內(nèi)徑相等，所述外齒輪成形模具的預(yù)成形段4錐形，并且該預(yù)成形段的錐角6為3. Γ。所述外齒輪成形模具的整形段5與預(yù)成形段4的齒數(shù)均與待加工齒輪軸的齒數(shù)相同；所述外齒輪成形模具的整形段5的模數(shù)與待加工齒輪軸的模數(shù)相同，所述外齒輪成形模具預(yù)成形段4的模數(shù)依據(jù)棒料1直徑+ (齒數(shù)-2. 5)確定，本實(shí)施例中，預(yù)成形段4的模數(shù)在3 3. 33之間連續(xù)，使該預(yù)成形段4內(nèi)表面齒的分度圓直徑構(gòu)成錐面。如圖8所示。所述芯模為回轉(zhuǎn)體，沿芯模的軸向分為三部分拔模段13、成形段14 和固定段15。其中，拔模段13位于芯模一端，形狀為等徑圓柱體，其外徑大于齒輪軸端面漸開線內(nèi)花鍵9孔的內(nèi)徑，使該拔模段13的端面形成了與漸開線內(nèi)花鍵9配合的定位面。成形段14位于芯模的中間部分，用于成形漸開線內(nèi)花鍵9。所述成形段外圓表面有齒，該齒的齒數(shù)和模數(shù)與齒輪軸端面漸開線內(nèi)花鍵9的齒數(shù)和模數(shù)相同。固定段15位于芯模的另ー 端，并且該固定段15的外圓表面為光桿。所述芯模成形段14的齒根圓和固定段15外圓為光滑過渡的圓錐體，并且該圓錐體外圓表面與芯模的中心線之間的夾角為3°。本實(shí)施例中，成形段14外表面的齒為18 個(gè)，模數(shù)為2. 5，壓カ角為30°。芯模拔模段13、成形段14和固定段15的長(zhǎng)度分別為40mm， 48mm 禾ロ 32mm。本實(shí)施例中所使用的軸成形模具2采用現(xiàn)有技木，其參數(shù)可根據(jù)《鍛壓技術(shù)手冊(cè)》查得。如圖1所示，所述用于粗鍛和精鍛的軸成形模具2有四個(gè)，其中三個(gè)為粗鍛軸成形模具。三個(gè)粗鍛軸成形模具中的一個(gè)用于粗鍛中的第一次縮徑，另ー個(gè)用于第二次縮徑；第三個(gè)粗鍛軸成形模具用于成形漸開線內(nèi)花鍵9。所述用于第一次縮徑的軸成形模具的整形區(qū)內(nèi)徑大于第二次縮徑的軸成形模具的整形區(qū)內(nèi)徑。所述三個(gè)粗鍛軸成形模具2的參數(shù)分別為粗鍛第一次縮徑用的軸成形模具的整形區(qū)直徑為120mm，抱緊區(qū)直徑165mm，模具長(zhǎng)度132mm，進(jìn)ロ圓弧半徑41. 25mm。第二次縮徑用的軸成形模具的整形區(qū)直徑為100mm， 抱緊區(qū)直徑120mm，模具長(zhǎng)度96mm，進(jìn)ロ圓弧半徑27mm。用于成形漸開線內(nèi)花鍵的粗鍛軸成形模具的整形區(qū)直徑為74mm，抱緊區(qū)直徑100mm，模具長(zhǎng)度80mm，進(jìn)ロ圓弧半徑20mm。精鍛用于精鍛軸成形模具的整形區(qū)直徑為90mm，抱緊區(qū)直徑100mm，模具長(zhǎng)度 80mm,進(jìn)ロ圓弧半徑25mm。本實(shí)施例還提出了ー種利用上述齒輪軸精鍛成形模具成形齒輪軸的方法。如圖7所示，本實(shí)施例所成形的齒輪軸的總長(zhǎng)度為501mm，一端為臺(tái)階形長(zhǎng)軸，其中直徑70mm的軸長(zhǎng)132mm，直徑90mm的軸長(zhǎng)130mm，所述軸的端面中心有同軸的漸開線內(nèi)花鍵9，齒數(shù)18，模數(shù)2. 5，壓カ角30°，厚度為50mm ；另一端有標(biāo)準(zhǔn)外嚙合直齒輪和ー個(gè)短軸，其中標(biāo)準(zhǔn)外嚙合直齒輪的齒數(shù)52，模數(shù)3，厚度172mm，短軸的直徑為90mm，長(zhǎng)度為67mm。 根據(jù)齒輪軸尺寸，選取直徑165mm的20CrMo鋼棒，并從鋼棒上切取長(zhǎng)度為243mm的棒料1。 采用GFM公司的雙夾頭四錘頭SX32型徑向精鍛機(jī)成形齒輪軸。具體成形過程包括以下步驟步驟1，加熱棒料。將棒料1放入加熱爐中，將加熱爐升溫至920°C后保溫20min。 取出加熱后的棒料1，并夾裝在徑向精鍛機(jī)的夾頭上。步驟2，粗鍛齒輪軸的長(zhǎng)軸端10和外齒輪端的短軸段12。粗鍛過程中夾頭的送進(jìn)速度為50mm/min，夾頭的轉(zhuǎn)速為13. 89r/min，毎分鐘打擊200次。粗鍛的具體過程是I成形長(zhǎng)軸端10，鍛造長(zhǎng)度為71mm。粗鍛前，在徑向精鍛機(jī)上安裝第一次縮徑用軸成形模具2，對(duì)齒輪軸的長(zhǎng)軸端10進(jìn)行第一次縮徑。第一次縮徑用軸成形模具2整形段的內(nèi)徑為120mm。通過精鍛機(jī)的夾頭將所述長(zhǎng)軸端的端面定位到軸成形模具2的端面處，所述長(zhǎng)軸端的端面與軸成形模具2的端面之間相距2mm。通過精鍛機(jī)的夾頭將棒料1送入鍛模內(nèi)，并由徑向精鍛機(jī)對(duì)該棒料進(jìn)行錘打，直到完成設(shè)定的鍛造長(zhǎng)度。II成形外齒輪端的短軸段12，鍛造長(zhǎng)度為23mm。利用第一次縮徑用軸成形模具 2，對(duì)外齒輪端的短軸段12進(jìn)行第一次縮徑。通過精鍛機(jī)的夾頭將所述短軸段端面定位到軸成形模具2的端面處，并且所述短軸段端面與軸成形模具2的端面之間相距2mm。通過精鍛機(jī)的夾頭將棒料1送入鍛模內(nèi)，由徑向精鍛機(jī)對(duì)該棒料進(jìn)行錘打，直到完成設(shè)定的鍛造長(zhǎng)度。III再次成形外齒輪端的短軸段12，鍛造長(zhǎng)度為40. 7mm。在徑向精鍛機(jī)上安裝第二次縮徑用軸成形模具2，對(duì)齒輪軸的長(zhǎng)軸端10和外齒輪端的短軸段12進(jìn)行第二次縮徑； 所使用的第二次縮徑用軸成形模具的整形段內(nèi)徑為100mm。通過精鍛機(jī)的夾頭將所述短軸段端面定位到軸成形模具2的端面處，并且所述短軸段端面與軸成形模具2的端面之間相距2mm。通過精鍛機(jī)的夾頭將棒料1送入鍛模內(nèi)，由徑向精鍛機(jī)對(duì)該棒料進(jìn)行錘打，直到完成設(shè)定的鍛造長(zhǎng)度。得到粗鍛后的短軸段12。V再次成形長(zhǎng)軸端10，鍛造長(zhǎng)度為131. 5mm。通過精鍛機(jī)的夾頭將所述長(zhǎng)軸端的端面定位到第二次縮徑用軸成形模具2的端面處，所述兩個(gè)端面之間相距2mm。通過夾頭將棒料1送入鍛模內(nèi)，由徑向精鍛機(jī)對(duì)該棒料進(jìn)行錘打，直到完成設(shè)定的鍛造長(zhǎng)度。得到粗鍛后的長(zhǎng)軸端10。步驟3，成形長(zhǎng)軸端10的漸開線內(nèi)花鍵9。成形過程是I在長(zhǎng)軸端10端面的中心處鏜錐形盲孔，該盲孔的最大直徑為50mm、深度80mm，該盲孔的拔模斜面傾角3° ；該盲孔與棒料1同軸。II將芯模插入所述盲孔中，與棒料1 一同在加熱爐中升溫至920°C，保溫20min。 同時(shí)在徑向精鍛機(jī)四個(gè)錘頭上安裝整形段內(nèi)徑為74mm的軸成形模具2。取出加熱后的棒料 1并將該棒料夾裝到徑向精鍛機(jī)上。III成形長(zhǎng)軸端10的漸開線內(nèi)花鍵9時(shí)從該長(zhǎng)軸端端面開始鍛起，鍛造長(zhǎng)度為 82mm。通過精鍛機(jī)的夾頭將所述長(zhǎng)軸端的端面定位到軸成形模具2的端面處，所述兩個(gè)端面之間相距2mm。通過夾頭將棒料1送入鍛模內(nèi)，由徑向精鍛機(jī)對(duì)該棒料進(jìn)行錘打，直到完成設(shè)定的鍛造長(zhǎng)度。鍛造過程中，夾頭的送進(jìn)速度為20mm/min，夾頭轉(zhuǎn)速為13. 89r/min，每分鐘打擊200次。得到長(zhǎng)軸端10的漸開線內(nèi)花鍵9。步驟4，精鍛長(zhǎng)軸端10和外齒輪端的短軸段12。將棒料1空冷至室溫，通過冷鍛來成形長(zhǎng)軸端10和外齒輪端的短軸段12。鍛造過程中，夾頭的送進(jìn)速度為lOmm/min，夾頭轉(zhuǎn)速為25r/min，毎分鐘打擊200次。精鍛過程是I在徑向精鍛機(jī)四個(gè)錘頭上安裝整形段內(nèi)徑為90mm的軸成形模具2。將粗鍛后棒料1的長(zhǎng)軸端10夾裝在徑向精鍛機(jī)上。II從外齒輪端的短軸段12端面開始鍛起，鍛造長(zhǎng)度為56mm。通過精鍛機(jī)的夾頭將所述短軸段端面定位到軸成形模具2的端面處，所述兩個(gè)端面之間相距2mm。通過夾頭將原始棒料1送入鍛模內(nèi)，由徑向精鍛機(jī)對(duì)該棒料進(jìn)行錘打，直到完成設(shè)定的鍛造長(zhǎng)度。得到精鍛后的短軸段12。III從長(zhǎng)軸端10直徑分別為74mm和IOOmm的軸階處端面開始鍛起，鍛造長(zhǎng)度為 107mm。通過精鍛機(jī)的夾頭將所述軸階處端面定位到軸成形模具2的端面處，所述兩個(gè)端面之間相距2mm。通過夾頭將棒料1送入鍛模內(nèi)，由徑向精鍛機(jī)對(duì)該棒料進(jìn)行錘打，直到鍛造完成設(shè)定的鍛造長(zhǎng)度。得到精鍛后的長(zhǎng)軸端10。步驟5，精鍛齒輪軸的外齒輪11。精鍛過程是I在加熱爐中將經(jīng)過軸成形后的棒料1加熱至600°C，保溫30min。II將軸成形模具2更換為外齒輪成形模具3。棒料1從爐中取出后，將該棒料外齒輪端的短軸段12端面夾裝在徑向精鍛機(jī)上。通過夾頭移動(dòng)棒料1，使長(zhǎng)軸端10直徑165mm 與90mm交界處的軸階端面與外齒輪成形模具3的預(yù)成形段4的端面相距2mm。III鍛造外齒輪11，鍛造長(zhǎng)度為153mm。通過夾頭送進(jìn)和旋轉(zhuǎn)棒料1，由徑向精鍛機(jī)對(duì)該棒料進(jìn)行錘打。鍛造過程中，夾頭的送進(jìn)速度為2mm/min，夾頭轉(zhuǎn)速為3. 865r/min, 毎分鐘打擊200次。得到成形后的齒輪軸。 步驟6，機(jī)加工齒輪軸。通過夾頭抽出芯模后，卸下成形后的齒輪軸。機(jī)床上加工齒輪軸，切去多余尺寸，加工出軸階之間的倒角。
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權(quán)利要求
1.ー種齒輪軸的精鍛成形模具，包括軸成形模具、外齒輪成形模具和芯摸，其特征在干，所述的外齒輪成形模具由四個(gè)外形相同的分模組成，并且各分模的內(nèi)表面為齒狀的1/4 圓弧面，各分模的側(cè)表面為45°的斜面，將四個(gè)分模拼合為內(nèi)表面有齒的外齒輪成形模具； 所述的外齒輪成形模具的各分模的內(nèi)表面均分為預(yù)成形段和整形段兩部分，分模整形段的長(zhǎng)度取棒料待成形區(qū)域直徑的70 95%，預(yù)成形段的長(zhǎng)度取棒料待成形區(qū)域直徑的40 60% ；各分模內(nèi)表面上齒拔模斜面的拔模角均取2° ；所述外齒輪成形模具的預(yù)成形段的錐角為3. Γ ；所述外齒輪成形模具的整形段與預(yù)成形段的齒數(shù)均與待加工齒輪軸的齒數(shù)相同；所述外齒輪成形模具的整形段的模數(shù)與待加工齒輪軸的模數(shù)相同，所述外齒輪成形模具預(yù)成形段的模數(shù)依據(jù)棒料直徑+ (齒數(shù)-2. 5)確定；所述芯模分為拔模段、成形段和固定段；成形段位于芯模的中間部分，用于成形漸開線內(nèi)花鍵；所述成形段外圓表面齒的齒數(shù)和模數(shù)與齒輪軸端面漸開線內(nèi)花鍵的齒數(shù)和模數(shù)相同；所述芯模成形段的齒根圓和固定段外圓為光滑過渡的圓錐體，并且該圓錐體外圓表面與芯模的中心線之間的夾角為3°。
2.ー種利用權(quán)利要求1所述齒輪軸的精鍛成形模具成形齒輪軸的方法，其特征在干， 包括以下步驟步驟1，加熱棒料；將棒料放入加熱爐中，將加熱爐升溫至920°C后保溫20min ；將加熱后的棒料夾裝在徑向精鍛機(jī)的夾頭上；步驟2，粗鍛齒輪軸的長(zhǎng)軸端和外齒輪端的短軸段；在徑向精鍛機(jī)上安裝第一次縮徑用軸成形模具，對(duì)齒輪軸的長(zhǎng)軸端和外齒輪端的短軸段進(jìn)行第一次縮徑；粗鍛過程中夾頭的送進(jìn)速度為50mm/min，夾頭的轉(zhuǎn)速為13. 89r/min,毎分鐘打擊200次；粗鍛的具體過程是I成形長(zhǎng)軸端；在徑向精鍛機(jī)上安裝第一次縮徑用軸成形模具，對(duì)齒輪軸的長(zhǎng)軸端進(jìn)行第一次縮徑；通過精鍛機(jī)的夾頭將棒料送入鍛模內(nèi)，并由徑向精鍛機(jī)對(duì)該棒料進(jìn)行錘打， 直到完成設(shè)定的鍛造長(zhǎng)度；II成形外齒輪端的短軸段；利用第一次縮徑用軸成形模具對(duì)外齒輪端的短軸段進(jìn)行第一次縮徑；通過精鍛機(jī)的夾頭將棒料送入鍛模內(nèi)，由徑向精鍛機(jī)對(duì)該棒料進(jìn)行錘打，直到完成設(shè)定的鍛造長(zhǎng)度；III再次成形外齒輪端的短軸段，在徑向精鍛機(jī)上安裝第二次縮徑用軸成形模具，對(duì)齒輪軸的外齒輪端的短軸段進(jìn)行第二次縮徑；通過精鍛機(jī)的夾頭將棒料送入鍛模內(nèi)，由徑向精鍛機(jī)對(duì)該棒料進(jìn)行錘打，直到完成設(shè)定的鍛造長(zhǎng)度；得到粗鍛后的短軸段；V再次成形長(zhǎng)軸端；通過第二次縮徑用軸成形模具再次成形長(zhǎng)軸端；通過夾頭將棒料送入鍛模內(nèi)，由徑向精鍛機(jī)對(duì)該棒料進(jìn)行錘打，直到完成設(shè)定的鍛造長(zhǎng)度；得到粗鍛后的長(zhǎng)軸端；步驟3，成形長(zhǎng)軸端的漸開線內(nèi)花鍵；成形過程是I在長(zhǎng)軸端端面的中心處鏜錐形盲孔；該盲孔與棒料同軸；II將芯模插入所述盲孔中，與棒料一同在加熱爐中升溫至920°C，保溫20min ；同時(shí)在徑向精鍛機(jī)上安裝成形漸開線內(nèi)花鍵用軸成形模具；取出加熱后的棒料并將該棒料夾裝到徑向精鍛機(jī)上；III成形長(zhǎng)軸端的漸開線內(nèi)花鍵時(shí)從該長(zhǎng)軸端端面開始鍛起；通過夾頭將棒料送入鍛模內(nèi)，由徑向精鍛機(jī)對(duì)該棒料進(jìn)行錘打，直到完成設(shè)定的鍛造長(zhǎng)度；鍛造過程中，夾頭的送進(jìn)速度為20mm/min，夾頭轉(zhuǎn)速為13. 89r/min，毎分鐘打擊200次；得到長(zhǎng)軸端的漸開線內(nèi)花鍵；步驟4，精鍛長(zhǎng)軸端和外齒輪端的短軸段；將棒料空冷至室溫；鍛造過程中，夾頭的送進(jìn)速度為lOmm/min，夾頭轉(zhuǎn)速為25r/min，毎分鐘打擊200次；精鍛過程是I在徑向精鍛機(jī)上安裝精鍛用軸成形模具；將粗鍛后棒料的長(zhǎng)軸端夾裝在徑向精鍛機(jī)上；II從外齒輪端的短軸段端面開始鍛起；通過夾頭將原始棒料入鍛模內(nèi)，由徑向精鍛機(jī)對(duì)該棒料進(jìn)行錘打，直到完成設(shè)定的鍛造長(zhǎng)度；得到精鍛后的短軸段；III從長(zhǎng)軸端的軸階處端面開始鍛起；通過夾頭將棒料送入鍛模內(nèi)，由徑向精鍛機(jī)對(duì)該棒料進(jìn)行錘打，直到鍛造完成設(shè)定的鍛造長(zhǎng)度；得到精鍛后的長(zhǎng)軸端； 步驟5，精鍛齒輪軸的外齒輪；精鍛過程是 I在加熱爐中將經(jīng)過軸成形后的棒料加熱至600°C，保溫30min ； II將軸成形模具更換為外齒輪成形模具；將該棒料夾裝在徑向精鍛機(jī)上； III鍛造外齒輪；通過夾頭送進(jìn)和旋轉(zhuǎn)棒料，由徑向精鍛機(jī)對(duì)該棒料進(jìn)行錘打；鍛造過程中，夾頭的送進(jìn)速度為2mm/min，夾頭轉(zhuǎn)速為.3. 865r/min,毎分鐘打擊200次；得到成形后的齒輪軸；步驟6，機(jī)加工齒輪軸；通過夾頭抽出芯模后，卸下成形后的齒輪軸；機(jī)床上加工齒輪軸，切去多余尺寸，加工出軸階之間的倒角。
全文摘要
一種齒輪軸的精鍛成形模具及成形方法。外齒輪成形模具由四個(gè)外形相同的分模組成，并且各分模的內(nèi)表面為齒狀的1/4圓弧面，各分模的側(cè)表面為45°的斜面，將四個(gè)分模拼合為內(nèi)表面有齒的外齒輪成形模具。外齒輪成形模具的各分模的內(nèi)表面均分為預(yù)成形段和整形段兩部分。芯模分為拔模段、成形段和固定段，并且成形段位于芯模的中間部分，用于成形漸開線內(nèi)花鍵。本發(fā)明利用齒輪軸的精鍛成形模具，采用旋轉(zhuǎn)鍛造成形方法，通過控制夾頭的旋轉(zhuǎn)速度，加工出強(qiáng)度和耐磨性能較高的齒輪軸，并且齒輪軸直徑和軸長(zhǎng)適用范圍大，成形過程中模具所承受的變形抗力較小，對(duì)設(shè)備噸位要求低。
文檔編號(hào)B21K1/06GK102527900SQ20121003437
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2012年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月15日
發(fā)明者張明杰, 李付國(guó) 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)