一種直齒錐齒輪的等溫鍛造的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種直齒錐齒輪的等溫鍛造的方法，分別將坯料和模具加熱至溫度大體一致，再將坯料放入模具中，然后以較小的應(yīng)變速率將坯料在模具中鍛壓成形，經(jīng)過(guò)后處理得到直齒錐齒輪；其中，所述較小的應(yīng)變速率小于0.1mm/s，所述模具采用閉式模鍛結(jié)構(gòu)。本發(fā)明首先將坯料和模具的溫度加熱至相等或基本相等，避免了模具溫度低于坯料的溫度時(shí)產(chǎn)生的激冷作用，提高了坯料的塑性流動(dòng)；其次，模具采用閉式模鍛結(jié)構(gòu)，在鍛造過(guò)程中坯料承受三向壓應(yīng)力，有利于坯料的成形；再次，本申請(qǐng)采用小于0.1mm/s的應(yīng)變速率使坯料單位時(shí)間的變形量小，變形充分，更有利于坯料成形。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種直齒錐齒輪的等溫鍛造的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于金屬塑性成形領(lǐng)域，具體涉及一種直齒錐齒輪的等溫鍛造的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]錐齒輪是圓錐齒輪的簡(jiǎn)稱(chēng)，它用來(lái)實(shí)現(xiàn)兩相交軸之間的傳動(dòng)，兩軸交角S稱(chēng)為軸角，其值可根據(jù)傳動(dòng)需要確定，一般多采用90°。錐齒輪的輪齒排列在截圓錐體上，輪齒由齒輪的大端到小端逐漸收縮變小。由于這一特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于圓柱齒輪中的各有關(guān)“圓柱”在錐齒輪中就變成了“圓柱”，如分度錐、節(jié)錐、基錐、齒頂錐等。錐齒輪的輪齒有直齒、斜齒和曲線(xiàn)齒等形式。
[0003]直齒錐齒輪傳統(tǒng)的加工方法為切削加工，主要有刨齒(適合小批量，多品種直齒錐齒輪的加工且轉(zhuǎn)化產(chǎn)品容易)和銑齒(效率較高但調(diào)整機(jī)床困難)，但是這些傳統(tǒng)的加工方法存在很多的缺點(diǎn):齒輪的彎曲強(qiáng)度、接觸疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能降低;材料的利用率相對(duì)較低;齒輪批量生產(chǎn)的效率低等。
[0004]隨著塑性成形技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的齒輪成形方法已逐漸地由冷鍛、溫鍛、熱鍛等精密成形工藝所代替。雖然齒輪精鍛技術(shù)經(jīng)過(guò)60多年的發(fā)展已經(jīng)比較成熟，但是仍然存在齒形填充不飽滿(mǎn)、齒輪精度低、成形力高等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種直齒錐齒輪的等溫鍛造的方法，可實(shí)現(xiàn)齒面無(wú)需二次加工，并且零件精度高、成形載荷小。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007]—種直齒錐齒輪的等溫鍛造的方法，分別將坯料和模具加熱至溫度大體一致，再將坯料放入模具中，然后以較小的應(yīng)變速率將坯料在模具中鍛壓成形，經(jīng)過(guò)后處理得到直齒錐齒輪;其中，所述較小的應(yīng)變速率小于0.lmm/s，所述模具采用閉式模鍛結(jié)構(gòu)。
[0008]本發(fā)明首先將坯料和模具的溫度加熱至相等或基本相等，避免了模具對(duì)坯料的激冷作用，提高了坯料的塑性流動(dòng);其次，模具采用閉式模鍛結(jié)構(gòu)，在鍛造過(guò)程中坯料承受三向壓應(yīng)力，有利于坯料的成形;再次，本申請(qǐng)采用小于0.lmm/s的應(yīng)變速率使坯料單位時(shí)間的變形量小，變形充分，更有利于坯料成形。
[0009]優(yōu)選的，其步驟為:
[0010](I)坯料和模具的準(zhǔn)備:對(duì)棒料鋼材進(jìn)行下料并進(jìn)行初步處理得到坯料，然后分別將坯料和模具加熱至溫度大體一致，再將坯料放入模具中勻熱調(diào)整模溫；
[0011 ] (2)等溫鍛造:齒形模下行將坯料鐓粗，當(dāng)背錐模和齒形模封閉后，由上沖頭和下沖頭相對(duì)擠壓坯料將模具型腔填滿(mǎn)同時(shí)形成具有一定厚度的沖孔連皮，成形結(jié)束，脫模后即得鍛件；
[0012](3)將鍛件進(jìn)行后處理得到直齒錐齒輪。
[0013]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟(I)中坯料的加熱過(guò)程為，首先將坯料預(yù)熱到80-120°C，噴涂商用水基石墨潤(rùn)滑劑，然后繼續(xù)加熱到鍛造溫度。預(yù)熱是為了避免坯料直接加熱到過(guò)高溫度時(shí)產(chǎn)生裂紋，同時(shí)預(yù)熱到一定的溫度后有助于將潤(rùn)滑劑均勻噴涂在坯料外表面。
[0014]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟(3)的后處理包括沖孔，所述沖孔的步驟為將獲得的鍛件放入沖孔模中，利用余溫以齒形定位沖出盲孔，然后空冷至室溫。與常規(guī)的熱沖孔相比，該步驟利用等溫鍛造的余溫進(jìn)行沖孔，減少了熱沖孔前的加熱；與常規(guī)的冷沖孔相比，該步驟的成形力較低，沖孔難度較小。
[0015]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟(3)的后處理包括表面清理，所述表面清理采用拋丸或者噴砂去除表面氧化皮。在生產(chǎn)條件較好的情況下，選用噴丸處理不僅可以去除氧化皮，還可以消除零件的殘余應(yīng)力，減少熱處理后零件變形，提高零件表面耐磨和受壓能力。而噴砂處理可以人工操作，簡(jiǎn)單易行不需要自動(dòng)化的拋丸設(shè)備，也可較好地去除氧化皮。
[0016]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟(3)的后處理包括機(jī)加工，所述機(jī)加工包括中心孔加工和背錐球面加工，齒面無(wú)需二次加工。該步驟與其他工藝相比，減少了對(duì)錐齒輪齒面的加工，因此提高了材料的利用率和零件的生產(chǎn)效率。
[0017]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟(3)的后處理包括熱處理，所述熱處理包括滲碳、淬火和回火。經(jīng)過(guò)熱處理后可以使錐齒輪達(dá)到硬度HRC59-63，滲碳淬火深度09 ±0.1。
[0018]更進(jìn)一步優(yōu)選的，所述滲碳需對(duì)爐子進(jìn)行分段加熱，每個(gè)加熱階段的煤油和甲醇的滴入量都有所不同；
[0019]所述淬火方式采用20-40°C的油淬；
[0020]所述回火步驟為將爐溫升至180°C，保溫2小時(shí)后，自然冷卻至室溫。熱處理后的錐齒輪具有較高的表面硬度、沖擊韌性和心部強(qiáng)度。
[0021]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述步驟(3)的后處理依次包括沖孔、表面清理、機(jī)加工和熱處理。采用該順序下的后處理步驟鍛造的直齒錐齒輪的質(zhì)量更好。
[0022]優(yōu)選的，所述模具的加熱裝置為兩個(gè)壁內(nèi)繞有電阻絲的中空陶瓷筒，齒形模和背錐模分別固定在兩個(gè)中空陶瓷筒內(nèi)。
[0023]優(yōu)選的，保溫裝置采用硅酸鋁纖維棉和石棉板。
[0024]優(yōu)選的，所述模具材料為N3合金。該合金是一種采用固溶強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化和碳化物及施82晶界強(qiáng)化的鎳基鑄造高溫合金，具有良好的高溫強(qiáng)度、抗氧化和熱疲勞性能，能夠滿(mǎn)足1100等溫鍛造的要求。
[0025]優(yōu)選的，所述等溫鍛造的過(guò)程中使用的設(shè)備為等溫模鍛用液壓機(jī)。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0027]1、大大提高了材料的塑性，能更好地填充型腔的大端齒形部位，并且得到的鍛件無(wú)殘余熱應(yīng)力、精度高；
[0028]2、采用的閉式模鍛結(jié)構(gòu)更有利于實(shí)現(xiàn)直齒錐齒輪的近凈成形，提高了材料利用率，降低了生產(chǎn)成本；
[0029]3、同傳統(tǒng)的切削加工相比，鍛件保留了連續(xù)的纖維組織，具有較高的彎曲強(qiáng)度、接觸疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1為本發(fā)明直齒錐齒輪的等溫鍛造的方法的流程圖；[0031 ]圖2為本發(fā)明等溫鍛造閉式模鍛結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖3為加熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]其中，1.齒形模，2.背錐模，3.上沖頭，4.坯料，5.下沖頭，6.電阻絲，7.中空陶瓷筒O
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0035]實(shí)施例1
[0036]如圖1所示，本發(fā)明直齒錐齒輪的等溫鍛造的方法包括以下幾個(gè)步驟:
[0037]第一步:坯料的算料和下料。根據(jù)錐齒輪鍛件圖，結(jié)合體積不變理論計(jì)算坯料尺寸。采用剪切機(jī)對(duì)棒料鋼材進(jìn)行下料，然后取出棒料表面氧化皮，車(chē)削外表面、倒角得到所需的毛坯形狀和尺寸。
[0038]第二步:模具加熱以及坯料的加熱和潤(rùn)滑。模具的加熱裝置采用電阻絲陶瓷加熱圈，如圖3所示，為兩個(gè)壁內(nèi)繞有電阻絲6的中空陶瓷筒7。坯料的加熱方法選用中頻感應(yīng)爐進(jìn)行感應(yīng)加熱。首先將坯料預(yù)熱到80_12(TC，噴涂商用水基石墨潤(rùn)滑劑，然后繼續(xù)加熱到鍛造溫度。坯料加熱后放入熱模具中，均熱5-15min調(diào)整模溫。
[0039]第三步:等溫鍛造成形過(guò)程。模具采用閉式模鍛結(jié)構(gòu)，如圖2所示，齒形模I以
0.05mm/s的速度下行將坯料4鐓粗，當(dāng)背錐模2和齒形模I封閉后，由上沖頭3和下沖頭5以相同的0.05mm/s的速度相對(duì)擠壓坯料將模具型腔填滿(mǎn)同時(shí)形成具有一定厚度的沖孔連皮，成形結(jié)束后，脫模。應(yīng)變速率即為齒形模I的下行速度及上沖頭3和下沖頭5對(duì)坯料擠壓的速度。
[0040]第四步:沖孔。將上一工序獲得的錐齒輪放入沖孔模中，利用上一工序的余溫以齒形定位沖出盲孔，然后空冷至室溫。
[0041]第五步:表面清理。采用二次噴丸或者噴砂去除表面氧化皮。
[0042]第六步:機(jī)加工。包括中心孔加工和背錐球面加工，齒面無(wú)需二次加工。機(jī)加工時(shí)均以齒形定位，保持定位方式一致以免出現(xiàn)定位基準(zhǔn)不同而造成的誤差累計(jì)過(guò)大。
[0043]第七步:熱處理。該階段包括滲碳、淬火和回火。滲碳階段需對(duì)爐子進(jìn)行分段加熱，每個(gè)加熱階段的煤油和甲醇的滴入量都有所不同；淬火方式采用20-40°C的油淬；回火階段將爐溫升至180°C，保溫2小時(shí)后，自然冷卻至室溫。
[0044]第七步中所述的滲碳階段，具體的加熱段和原料的滴入量為:I)工件入爐后持續(xù)加熱使?fàn)t溫到850°C時(shí)，滴入煤油，約50滴/每分鐘，并點(diǎn)燃所排放的廢氣；2)繼續(xù)加熱升溫至|J930°C，保證煤油滴入量100-110滴/每分鐘，甲醇滴入量30滴/每分鐘；3)爐溫達(dá)到930°C后，保溫8小時(shí)，經(jīng)常查看煤油和甲醇的滴入劑量，并觀(guān)察滴入孔和排氣孔是否通順。本實(shí)施例所需設(shè)備為等溫模鍛用液壓機(jī)，所需模具材料為N3鎳基鑄造高溫合金。
[0045]實(shí)施例2
[0046]本實(shí)施例與實(shí)施例1相同，不同之處在于，第三步的等溫鍛造成形過(guò)程中，齒形模I以0.08mm/s的速度下行將坯料4鐓粗，當(dāng)背錐模2和齒形模I封閉后，由上沖頭3和下沖頭5以相同的0.08mm/s的速度相對(duì)擠壓坯料將模具型腔填滿(mǎn)同時(shí)形成具有一定厚度的沖孔連皮，成形結(jié)束，脫模。
[0047]實(shí)施例3
[0048]本實(shí)施例與實(shí)施例1相同，不同之處在于，第三步的等溫鍛造成形過(guò)程中，齒形模I以0.03mm/s的速度下行將坯料4鐓粗，當(dāng)背錐模2和齒形模I封閉后，由上沖頭3和下沖頭5以相同的0.03mm/s的速度相對(duì)擠壓坯料將模具型腔填滿(mǎn)同時(shí)形成具有一定厚度的沖孔連皮，成形結(jié)束，脫模。
[0049]實(shí)施例4
[0050]本實(shí)施例與實(shí)施例1相同，不同之處在于，第三步的等溫鍛造成形過(guò)程中，齒形模I以0.0lmm/s的速度下行將坯料4鐓粗，當(dāng)背錐模2和齒形模I封閉后，由上沖頭3和下沖頭5以相同的0.0lmm/s的速度相對(duì)擠壓坯料將模具型腔填滿(mǎn)同時(shí)形成具有一定厚度的沖孔連皮，成形結(jié)束，脫模。
[0051]上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種直齒錐齒輪的等溫鍛造的方法，其特征是，分別將坯料和模具加熱至溫度大體一致，再將坯料放入模具中，然后以較小的應(yīng)變速率將坯料在模具中鍛壓成形，經(jīng)過(guò)后處理得到直齒錐齒輪;其中，所述較小的應(yīng)變速率小于0.lmm/s，所述模具采用閉式模鍛結(jié)構(gòu)。2.如權(quán)利要求1所述的一種直齒錐齒輪的等溫鍛造的方法，其特征是，其步驟為: (1)坯料和模具的準(zhǔn)備:對(duì)棒料鋼材進(jìn)行下料并進(jìn)行初步處理得到坯料，然后分別將坯料和模具加熱至溫度大體一致，再將坯料放入模具中勻熱調(diào)整膜溫； (2)等溫鍛造:齒形模下行將坯料鐓粗，當(dāng)背錐模和齒形模封閉后，由上沖頭和下沖頭相對(duì)擠壓坯料將模具型腔填滿(mǎn)同時(shí)形成具有一定厚度的沖孔連皮，成形結(jié)束，脫模后即得鍛件； (3)將鍛件進(jìn)行后處理得到直齒錐齒輪。3.如權(quán)利要求2所述的一種直齒錐齒輪的等溫鍛造的方法，其特征是，所述步驟(I)中坯料的加熱過(guò)程為，首先將坯料預(yù)熱到80-120°C，噴涂商用水基石墨潤(rùn)滑劑，然后繼續(xù)加熱到鍛造溫度。4.如權(quán)利要求2所述的一種直齒錐齒輪的等溫鍛造的方法，其特征是，所述步驟(3)的后處理包括沖孔，所述沖孔的步驟為將獲得的鍛件放入沖孔模中，利用余溫以齒形定位沖出盲孔，然后空冷至室溫。5.如權(quán)利要求2所述的一種直齒錐齒輪的等溫鍛造的方法，其特征是，所述步驟(3)的后處理包括表面清理，所述表面清理采用二次噴丸或者噴砂去除表面氧化皮。6.如權(quán)利要求2所述的一種直齒錐齒輪的等溫鍛造的方法，其特征是，所述步驟(3)的后處理包括機(jī)加工，所述機(jī)加工包括中心孔加工和背錐球面加工，齒面無(wú)需二次加工。7.如權(quán)利要求2所述的一種直齒錐齒輪的等溫鍛造的方法，其特征是，所述步驟(3)的后處理包括熱處理，所述熱處理包括滲碳、淬火和回火。8.如權(quán)利要求7所述的一種直齒錐齒輪的等溫鍛造的方法，其特征是，所述滲碳需對(duì)爐子進(jìn)行分段加熱，每個(gè)加熱階段的煤油和甲醇的滴入量都有所不同； 所述淬火方式采用20-40 °C的油淬； 所述回火步驟為將爐溫升至180°C，保溫2小時(shí)后，自然冷卻至室溫。9.如權(quán)利要求2所述的一種直齒錐齒輪的等溫鍛造的方法，其特征是，所述步驟(3)的后處理依次包括沖孔、表面清理、機(jī)加工和熱處理。10.如權(quán)利要求1所述的一種直齒錐齒輪的等溫鍛造的方法，其特征是，所述模具的加熱裝置為兩個(gè)壁內(nèi)繞有電阻絲的中空陶瓷筒，齒形模和背錐模分別固定在兩個(gè)中空陶瓷筒內(nèi)。
【文檔編號(hào)】B21J1/06GK105921672SQ201610327787
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年5月17日
【發(fā)明人】趙新海, 劉丹丹, 吳向紅, 劉廣榮, 徐洪強(qiáng), 王新云, 宋立彬, 鄭超, 欒貽國(guó)
【申請(qǐng)人】山東大學(xué), 華中科技大學(xué)