專利名稱：20CrMnTi圓柱直齒輪冷擠壓成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種圓柱直齒輪冷擠壓成形的方法。
背景技術(shù)：
圓柱直齒輪用途十分廣泛，例如可以用于大功率的電動工具或是機械上的各種傳動組件。傳統(tǒng)的圓柱直齒輪的加工必須經(jīng)過下料、鉆孔、粗車(外圓、內(nèi)孔、端面)、精車、再到滾齒、插齒或剃齒、熱處理、精磨、到成品包裝，其中就齒形加工而言，平均每個齒形加工需要花上15-20分鐘，內(nèi)孔的加工除鉆孔以外，更需要鏜孔，所用周期更是擴大到30分鐘。并且傳統(tǒng)齒輪加工工藝耗材量大，浪費嚴(yán)重，在齒形加工過程中，吃刀量大，切屑多，同時，刀具易損，經(jīng)常更換，加工質(zhì)量極不穩(wěn)定。除了切削加工以外，有時也采用熱擠壓的方法進行圓柱直齒輪的加工，即將毛坯燒熱至一定的溫度后進行鍛造，便可以得到齒形，但加工所得的齒形精度較差，以及機械性能明顯降低，且批量一致性和互換性不高，不適合大批量生產(chǎn)。在此之前有人也嘗試過采用冷擠壓的方式來實現(xiàn)齒輪加工例如在中國專利 CN200510017621. I中提出通過擠壓的方式來實現(xiàn)，即采用正向擠壓成形工藝，但是未涉及孔和齒的同時加工成形。并且模具結(jié)構(gòu)方面存在一定的不合理，模具壽命和產(chǎn)品精度不易保證，因此導(dǎo)致在實際生產(chǎn)中沒有太大的的實際意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，對傳統(tǒng)的方法進行創(chuàng)新，提供一種以一次成形的方式同步完成壓孔和壓齒動作的20CrMnTi圓柱直齒輪冷擠壓成形方法。為了解決傳統(tǒng)工藝中存在的問題，本發(fā)明是通過以下步驟實現(xiàn)的一種20CrMnTi圓柱直齒輪冷擠壓成形方法，依次包括下料、退火、拋丸處理、軟化處理、擠壓、沖孔、粗車、精車、滲碳處理、二次拋丸、精
磨，其特征在于下料將20CrMnTi圓鋼鋸成坯料；退火將坯料置入工業(yè)電爐進行退火處理，爐內(nèi)溫度加熱至800_900°C保溫5-7個小時后隨爐冷卻；拋丸處理將退火后的坯料采用拋丸清理機進行拋丸處理，在保證工件不被擊傷的情況下去除氧化皮；軟化處理將拋丸處理后的坯料進行除油、軟化中和調(diào)整(可以使用磷皂化或者高分子溶劑)、清洗；擠壓包括同步壓孔和壓齒，即將專用模具置入冷擠壓液壓機；所述專用模具包括由下模座、上模座、導(dǎo)向柱構(gòu)成的模架，其中上模座固定于導(dǎo)向柱上，下模座上開有與導(dǎo)向柱相配合的孔，導(dǎo)向柱穿過該孔后
3與下模座動配合；上模座下面通過螺栓固定有環(huán)形模腔，環(huán)形模腔中自上而下依次裝有底墊，上壓頭固定套，上壓頭固定套中過盈配合有上壓頭，上壓頭固定套下面裝有上壓頭鎖緊環(huán)，上壓頭鎖緊環(huán)通過螺釘固定在環(huán)形模腔上；下模座上面通過螺栓固定有下模腔，下模腔中自下而上依次裝有墊塊，凹模圈，裝于凹模圈中的下壓頭固定套，過盈配合于下壓頭固定套中的下壓頭，中間開有模腔的齒模， 下凹模，下凹模中過盈配合有導(dǎo)向套，下凹模上面裝有下墊圈，下墊圈通過螺栓固定在下模腔上；上壓頭與下壓頭位于同一軸線上；下壓頭上部位于齒模的模腔中；下模座底部開有軸孔，墊塊、下壓頭固定套上開有月牙孔，有一月牙形頂桿穿過下模座底部的軸孔，再穿過月牙孔后伸入齒模的模腔中；在保證專用模具同軸度和垂直度的條件下，將軟化處理后的坯料放進專用模具的導(dǎo)向套中，在上模座保持固定的情況下，上升冷擠壓液壓機液壓油缸，液壓油缸帶動下模座緩慢向上移動，上壓頭緩慢的和坯料接觸，并且施加更大的力，將坯料推向齒模中，此后上壓頭繼續(xù)向坯料施加更大的力，使坯料發(fā)生塑性變形，從而以一次成形的方式完成壓孔和壓齒的動作，然后退回下模座，通過頂桿將成形齒頂出模架，便完成一次擠壓動作，得到帶盲孔的圓柱直齒輪半成品；當(dāng)然，或者在下模座保持固定的情況下，下降液壓機液壓油缸， 帶動上模座緩慢向下移動，上壓頭緩慢的和坯料接觸，這也應(yīng)該理解為與上述方案等效的技術(shù)方案；沖孔用固定臺壓力機的沖頭將帶盲孔的圓柱直齒輪半成品的盲孔沖成通孔；粗車將沖孔后的圓柱直齒輪半成品進行粗車處理；精車將粗車后的圓柱直齒輪半成品進行精車處理；滲碳處理將精車后的圓柱直齒輪半成品使用滲碳爐進行滲碳處理；二次拋丸采用拋丸清理機對滲碳處理后的圓柱直齒輪半成品進行拋丸處理；精磨使用內(nèi)圓磨床對二次拋丸后的圓柱直齒輪半成品的內(nèi)孔進行精磨，采用平面磨床對二次拋丸后的圓柱直齒輪半成品的端面進行精磨，得到圓柱直齒輪成品。在本發(fā)明中下料、退火、拋丸處理、軟化處理、沖孔、粗車、精車、滲碳處理、二次拋丸、精磨等過程也可以按產(chǎn)品設(shè)計要求采用行業(yè)中常見的方式。對相關(guān)技術(shù)參數(shù)做適應(yīng)性修改，本發(fā)明也適用于其它性能相近材質(zhì)的圓柱直齒輪冷擠壓成形，這也應(yīng)該理解為與上述方案等效的技術(shù)方案。一般地上底墊放置在上模座中，主要為過盈配合，上底墊和環(huán)形模腔進行過盈配合，中墊固定環(huán)和上中墊進行過盈配合，上壓頭和上壓頭固定套在配合過程中，不僅要保證必要的過盈量，同時要保證上壓頭的垂直度以及和整副模具的軸線重合；下凹模和導(dǎo)向套為過盈配合，注意調(diào)節(jié)過盈量，同時，在配合的過程中預(yù)留一定的壓制余量，通過液壓機的壓力進行壓制配合，齒模由齒模外套、齒模中套和硬質(zhì)合金齒模三部分組成，齒模安放在下凹模下面，下壓頭和下壓頭固定套通過過盈配合，預(yù)留壓制量后和凹模圈配合，下壓頭固定套安放于凹模上墊塊之上，通入頂桿，凹模下墊塊起著支撐作用，在凹模上墊塊之下，依次便是下模腔固定環(huán)，下模腔固定環(huán)和下模腔進行過盈配合，其中下壓頭固定套，凹模上墊塊都開有月牙通孔，以方便頂桿的上下位移；上壓頭和上壓頭固定套進行過盈配合，上壓頭的硬度和韌性有極高的要求，頂端更需要進行拋光處理，上壓頭一般采用Crl2MoV鋼系及其改良體如LD(7Cr7Mo2V2Si)、DC53等或者高速鋼，在配合過程中預(yù)留壓制量，通過液壓機的壓力來完成配合。上壓頭和上壓頭固定套在壓制過程中起著定位，并且起著施加推力的作用，將坯料和齒模、下壓頭接觸，這種裝配方式和結(jié)構(gòu)極大的增加了受力面積，使模具經(jīng)久耐用；下壓頭和下壓頭固定套是圓柱直齒輪冷擠壓模具中最核心，也是要求極高的部分， 下壓頭的硬度以及韌性要求極高，由于承受了大部分的力，因此，在設(shè)計過程中下壓頭的外形、錐度都有嚴(yán)格的要求。在安裝過程中特別要保證其同軸度和垂直度，下壓頭和下壓頭固定套在壓制過程中起著壓孔的作用，通過上壓頭施加的推力，下壓頭給坯料反作用力，致使坯料發(fā)生塑性變形而制得的內(nèi)孔，這種外形和錐度的設(shè)計更加有利于承受較大的力，使模具的使用壽命增加；齒模是圓柱直齒輪冷擠壓模具中最重要的部件，同樣也是要求最高的部分，齒模主要由齒模外套、齒模中套、硬質(zhì)合金齒模組成，在壓制過程中起著行齒的作用， 齒模外套一般采用45鋼，齒模中套采用60Si2Mn，由于采用一次成形的，故硬質(zhì)合金齒模的精度和耐磨性要求相當(dāng)高，硬質(zhì)合金齒模部分加工時必須采用慢走絲，保證其加工精度，采用這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計和安裝便于節(jié)約成本，控制材料，成形齒的齒向、齒形均可達(dá)到國家的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，無需再加工；下凹模和導(dǎo)向套屬于過盈配合，在加工過程中需要預(yù)留壓合高度，導(dǎo)向套要求有較高的硬度，一般采用Crl2MoV，下凹模和導(dǎo)向套起著定位導(dǎo)向的作用，采用這種結(jié)構(gòu)的模具不僅提高了在擠壓過程中能承受著較大的力，且在長時間的壓制過程中不會出現(xiàn)因坯料塑性變形而變形或應(yīng)力過大而開裂，同時控制了成本，節(jié)約了材料；月牙孔一般為均布于同一圓周上的多個孔，相應(yīng)地，頂桿也由同樣數(shù)量月牙片構(gòu)成(相當(dāng)于將圓筒壁的一端沿軸向剪切掉多塊，另一端又相連)。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是提高了材料利用率，減少了工藝流程，節(jié)約了加工時間。同時大大的提高了零件整體的機械性能。
四

圖I為本發(fā)明實施例的退火熱處理流程表。圖2為本發(fā)明實施例的壓孔壓齒專用模具整體結(jié)構(gòu)圖。圖3為用專用模具壓孔壓齒后的半成品的剖視圖。圖4為沖孔后的半成品的剖視圖。圖5為本發(fā)明實施例的滲碳熱處理流程表。圖6為精磨加工后的圓柱直齒輪成品的剖視圖。圖中1、上底墊；2、環(huán)形模腔；3、上中墊；4、螺釘；5、中墊固定環(huán)；6、上壓頭固定套；7、上壓頭；8、上壓頭鎖緊環(huán)；9、下凹模；10、導(dǎo)向套；11、下壓頭；12、下墊圈；13、下模腔；14、齒模；15、下壓頭固定套；16、凹模圈；17、凹模上墊塊；18、凹模下墊塊；19、頂桿； 20、頂桿墊塊；21、下模座；22、上模座；23、下模腔固定環(huán)；24、導(dǎo)套；25、導(dǎo)向柱。
五具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例
一種20CrMnTi圓柱直齒輪冷擠壓成形方法，依次包括下料、退火、拋丸處理、軟化處理、擠壓、沖孔、粗車、精車、滲碳處理、二次拋丸、精
磨，其特征在于下料將20CrMnTi圓鋼鋸成坯料；退火將坯料置入工業(yè)電爐進行退火處理，爐內(nèi)溫度加熱至860°C保溫5-7個小時后隨爐冷卻，見圖I ;拋丸處理將退火后的坯料采用拋丸清理機進行拋丸處理，在保證工件不被擊傷的情況下去除氧化皮；軟化處理將拋丸處理后的坯料進行除油、軟化中和調(diào)整、清洗；擠壓包括同步壓孔和壓齒，即將專用模具(見圖2)置入冷擠壓液壓機；所述專用模具包括由下模座21、上模座22、導(dǎo)向柱25構(gòu)成的模架，其中上模座22固定于導(dǎo)向柱25上,下模座21上開有與導(dǎo)向柱25相配合的孔,導(dǎo)向柱 25穿過該孔后與下模座21動配合； 上模座22下面通過螺栓固定有環(huán)形模腔2，環(huán)形模腔2中自上而下依次裝有底墊， 上壓頭固定套6，上壓頭固定套6中過盈配合有上壓頭7，上壓頭固定套6下面裝有上壓頭鎖緊環(huán)8，上壓頭鎖緊環(huán)8通過螺釘4固定在環(huán)形模腔2上；下模座21上面通過螺栓固定有下模腔13，下模腔13中自下而上依次裝有墊塊，凹模圈16,裝于凹模圈16中的下壓頭固定套15,過盈配合于下壓頭固定套15中的下壓頭11, 中間開有模腔的齒模14，下凹模9，下凹模9中過盈配合有導(dǎo)向套10，下凹模9上面裝有下墊圈12,下墊圈12通過螺栓固定在下模腔13上；上壓頭7與下壓頭11位于同一軸線上；下壓頭11上部位于齒模14的模腔中；下模座21底部開有軸孔，墊塊、下壓頭固定套15上開有月牙孔，有一月牙形頂桿 19穿過下模座21底部的軸孔，再穿過月牙孔后伸入齒模14的模腔中；在保證專用模具同軸度和垂直度的條件下，將軟化處理后的坯料放進專用模具的導(dǎo)向套10中，在上模座22保持固定的情況下，上升冷擠壓液壓機液壓油缸，液壓油缸帶動下模座21緩慢向上移動，上壓頭7緩慢的和坯料接觸，并且施加更大的力，將坯料推向齒模 14中，此后上壓頭7繼續(xù)向坯料施加更大的力，使坯料發(fā)生塑性變形，從而以一次成形的方式完成壓孔和壓齒的動作，然后退回下模座21，通過頂桿將成形齒頂出模架，便完成一次擠壓動作，得到帶盲孔的圓柱直齒輪半成品，見圖3 ；沖孔用固定臺壓力機的沖頭將帶盲孔的圓柱直齒輪半成品的盲孔沖成通孔，見圖4 ；粗車將沖孔后的圓柱直齒輪半成品進行粗車處理；精車將粗車后的圓柱直齒輪半成品進行精車處理；滲碳處理將精車后的圓柱直齒輪半成品使用滲碳爐進行滲碳處理，見圖5 ；二次拋丸采用拋丸清理機對滲碳處理后的圓柱直齒輪半成品進行拋丸處理；精磨使用內(nèi)圓磨床對二次拋丸后的圓柱直齒輪半成品的內(nèi)孔進行精磨，采用平面磨床對二次拋丸后的圓柱直齒輪半成品的端面進行精磨，得到圓柱直齒輪成品，見圖6。更為具體的方法可以是
下料采用臥式帶鋸床系列數(shù)控金屬鋸床進行下料加工，在加工過程中注意夾緊狀況和鋸條的使用情況，確保加工過程工件夾持牢靠，鋸條使用正常。若加工過程中鋸條出現(xiàn)異常應(yīng)當(dāng)及時檢查鋸條或者更換，重新對刀加工，經(jīng)過自檢以及專檢確認(rèn)合格后方可以加工。測量時也必須保證工件及量、檢具干凈，工件被測面無異物、毛刺。退火熱處理采用的是工業(yè)電爐進行退火處理，爐內(nèi)溫度加熱至860°C后保溫5到 7個小時隨爐冷卻。拋丸處理采用履帶式拋丸清理機進行拋丸處理，要求完全去除氧化皮，注意拋丸時間的長短，保證工件不被擊傷。軟化處理(高分子或磷皂化)除油一軟化中和調(diào)整一清洗，軟化工件之前， 要檢查各個溶液濃度、溫度，確保軟化工件正常，在軟化處理過程中多觀察工件有無達(dá)到技術(shù)要求。一次性壓孔壓齒成形將本發(fā)明的專用模具放在冷擠壓液壓機進行壓制加工，保證壓制出來的技術(shù)要求，齒模是一次性壓制模具中最重要的部位，由行齒部分、中套、外套組成，在壓制過程中起著行齒的作用，由于采用一次成型的，故其精度和耐磨性要求相當(dāng)高，故行齒部分加工必須采用慢走絲，保證加工精度< O. 015mm,材料優(yōu)先選用硬質(zhì)合金。以一次成型的方式完成壓孔和壓齒的動作，通過頂桿將成型齒頂出裝置，便可以壓制成功。經(jīng)過自檢以及專檢確認(rèn)合格后方可以加工，測量時也要保證工件及量具干凈，工件被測面無異物，毛刺。沖孔采用的是開式固定臺壓力機，在沖孔過程中注意沖孔工裝的調(diào)整，以及沖頭和工件的對中性，在加工過程中若模具出現(xiàn)異常應(yīng)該及時檢查或者更換模具，重新調(diào)整加工，經(jīng)過自檢及專檢確認(rèn)合格后方可加工。粗車粗車可以分成粗車端面、下臺階等，加工工件之前，檢查工件定位夾緊狀況和刀具的使用情況，確保加工過程中工件夾持牢靠，刀具使用正常。加工過程中若刀具出現(xiàn)異常反應(yīng)，要及時更換刀具或是重新打磨刀片，測量時必須保證工件及量具干凈，工件被測量面無異物毛刺。精車主要有倒內(nèi)角、精車內(nèi)孔等。打毛刺和倒角使用的是齒輪磨棱角倒角機。加工工件之前，檢查工件定位夾緊狀況和刀具使用情況，確保加工過程工件夾持牢靠，刀具使用正常，加工過程中若出現(xiàn)異常， 應(yīng)該及時更換砂輪片，重新加工，經(jīng)過自檢確認(rèn)合格后方可加工，加工過程中必須保證砂輪片不得傷及齒面。滲碳熱處理處理使用滲碳爐進行滲碳處理，進爐前設(shè)置好參數(shù)，進爐后觀察參數(shù)是否穩(wěn)定。二次拋丸采用履帶式拋丸清理機進行拋丸處理，要求工件無氧化皮，色澤均勻一致，注意拋丸時間長短，保證工件不被擊傷。精磨內(nèi)孔使用的是內(nèi)圓磨床以及數(shù)控車床。加工工件之前，檢查工件定位夾緊狀況和砂輪使用情況，確保加工過程中工件夾持牢靠，砂輪使用正常。精磨端面采用的是臥軸矩臺平面磨床。加工過程中若砂輪出現(xiàn)異常應(yīng)及時更換砂輪，經(jīng)過自檢及專檢確認(rèn)后方可加工。成品檢驗主要檢驗產(chǎn)品是否在規(guī)定尺寸范圍內(nèi)。
成品包裝入庫。
權(quán)利要求
1. 一種20CrMnTi圓柱直齒輪冷擠壓成形方法，依次包括下料、退火、拋丸處理、軟化處理、擠壓、沖孔、粗車、精車、滲碳處理、二次拋丸、精磨，其特征在于下料將20CrMnTi圓鋼鋸成坯料；退火將坯料置入工業(yè)電爐進行退火處理，爐內(nèi)溫度加熱至800-900°C保溫5-7個小時后隨爐冷卻；拋丸處理將退火后的坯料采用拋丸清理機進行拋丸處理，在保證工件不被擊傷的情況下去除氧化皮；軟化處理將拋丸處理后的坯料進行除油、軟化中和調(diào)整、清洗；擠壓包括同步壓孔和壓齒，即將專用模具置入冷擠壓液壓機；所述專用模具包括由下模座(21)、上模座(22)、導(dǎo)向柱(25)構(gòu)成的模架，其中 上模座(22)固定于導(dǎo)向柱(25)上,下模座(21)上開有與導(dǎo)向柱(25)相配合的孔,導(dǎo)向柱(25)穿過該孔后與下模座(21)動配合；上模座(22)下面通過螺栓固定有環(huán)形模腔(2)，環(huán)形模腔(2)中自上而下依次裝有底墊，上壓頭固定套￠)，上壓頭固定套(6)中過盈配合有上壓頭(7)，上壓頭固定套(6)下面裝有上壓頭鎖緊環(huán)(8)，上壓頭鎖緊環(huán)(8)通過螺釘(4)固定在環(huán)形模腔(2)上；下模座(21)上面通過螺栓固定有下模腔(13)，下模腔(13)中自下而上依次裝有墊塊，凹模圈(16)，裝于凹模圈(16)中的下壓頭固定套(15)，過盈配合于下壓頭固定套(15) 中的下壓頭(11)，中間開有模腔的齒模(14)，下凹模(9)，下凹模(9)中過盈配合有導(dǎo)向套(10)，下凹模(9)上面裝有下墊圈(12)，下墊圈(12)通過螺栓固定在下模腔(13)上； 上壓頭(7)與下壓頭(11)位于同一軸線上；下壓頭(11)上部位于齒模(14)的模腔中；下模座(21)底部開有軸孔，墊塊、下壓頭固定套(15)上開有月牙孔，有一月牙形頂桿(19)穿過下模座(21)底部的軸孔，再穿過月牙孔后伸入齒模(14)的模腔中；在保證專用模具同軸度和垂直度的條件下，將軟化處理后的坯料放進專用模具的導(dǎo)向套(10)中，在上模座(22)保持固定的情況下，上升冷擠壓液壓機液壓油缸，液壓油缸帶動下模座(21)緩慢向上移動，上壓頭(7)緩慢的和坯料接觸，并且施加更大的力，將坯料推向齒模(14)中，此后上壓頭(7)繼續(xù)向坯料施加更大的力，使坯料發(fā)生塑性變形，從而以一次成形的方式完成壓孔和壓齒的動作，然后退回下模座(21)，通過頂桿將成形齒頂出模架，便完成一次擠壓動作，得到帶盲孔的圓柱直齒輪半成品；沖孔用固定臺壓力機的沖頭將帶盲孔的圓柱直齒輪半成品的盲孔沖成通孔；粗車將沖孔后的圓柱直齒輪半成品進行粗車處理；精車將粗車后的圓柱直齒輪半成品進行精車處理；滲碳處理將精車后的圓柱直齒輪半成品使用滲碳爐進行滲碳處理；二次拋丸采用拋丸清理機對滲碳處理后的圓柱直齒輪半成品進行拋丸處理；精磨使用內(nèi)圓磨床對二次拋丸后的圓柱直齒輪半成品的內(nèi)孔進行精磨，采用平面磨床對二次拋丸后的圓柱直齒輪半成品的端面進行精磨，得到圓柱直齒輪成品。
全文摘要
一種20CrMnTi圓柱直齒輪冷擠壓成形方法，依次包括下料、退火、拋丸處理、軟化處理、擠壓、沖孔、粗車、精車、滲碳處理、二次拋丸、精磨，其特征在于將20CrMnTi圓鋼鋸成坯料退火后拋丸、軟化；將專用模具置入冷擠壓液壓機，將軟化處理后的坯料放進專用模具，以一次成形的方式完成壓孔和壓齒的動作，通過頂桿將成形齒頂出模架，便完成一次擠壓動作，得到帶盲孔的圓柱直齒輪半成品；將帶盲孔的半成品的盲孔沖成通孔；粗車、精車；將精車后的半成品進行滲碳處理，拋丸處理，內(nèi)孔、端面進行精磨，就得到圓柱直齒輪成品。本發(fā)明提高了材料利用率，減少了工藝流程，節(jié)約了加工時間。大大的提高了零件整體的機械性能。
文檔編號B21C23/02GK102601595SQ201210059180
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月7日
發(fā)明者張才軍 申請人:四川綿陽重業(yè)齒輪有限責(zé)任公司