专利名称：一种螺旋伞齿轮精密塑性成形制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种齿轮塑性成形制造工艺，尤其是一种汽车驱动桥螺旋伞齿轮的精 密塑性成形制造工艺，属于金属塑性加工技术领域。
背景技术：
螺旋伞齿轮是实现相交轴运动传递的关键零件，常用于圆周速度较高的传动。与 直伞齿轮相比，螺旋伞齿轮具有传动平稳、噪音低、齿面磨损均勻、使用寿命长、传动比大、 圆周速度高等优点，在汽车、机械等行业中得到广泛应用。附图1是一种螺旋伞齿轮二维零 件图，附图2是一种螺旋伞齿轮三维零件图。由于采用塑性成形工艺制造的齿轮，具有节 能、节材、生产效率高等优点，而且齿部材料组织致密、金属流线沿齿形轮廓连续分布、齿根 过渡圆滑，可以提高齿轮耐磨性、抗腐蚀性和齿根的弯曲强度，明显提高齿轮工作寿命，因 此，用塑性成形工艺制造螺旋伞齿轮普遍受到当前世界各国金属塑性加工行业的重视。然 而，螺旋伞齿轮几何形状复杂，与直齿伞齿轮相比，几何参数增加了螺旋角，采用传统的塑 性成形工艺成形螺旋伞齿轮的难度极大。这是因为在传统的塑性成形工艺中，塑性成形设 备是沿螺旋伞齿轮的轴向加压的，在成形过程中，金属会按“最小阻力定律”沿径向和轴向 流动，但由于螺旋伞齿轮螺旋角的存在，金属在径向和轴向的流动过程中受到模具螺旋角 的阻碍后，由“直线运动”变为“曲线运动”，使得金属的流动阻力增大，不但影响金属对模具 型腔的填充，也大幅降低了模具的使用寿命。这种不利因素的影响随螺旋伞齿轮节锥角的 减小而增大，当螺旋伞齿轮节锥角减小到一定值时，成形后的齿轮甚至无法从模具中脱出。 因此，用传统轴向加压的塑性成形工艺制造螺旋伞齿轮是很困难的。多年来，国内许多高校 和研究单位在螺旋伞齿轮塑性成形的金属流动规律、预制坯优化和模具结构等方面进行了 大量研究和实验，已经取得一些成果。但是到目前为止，国内尚未见采用精密塑性成形制造 工艺实际生产螺旋伞齿轮的报道。
发明内容
本发明的目的是克服现有生产技术中的不足，提供一种可应用于实际生产的螺旋 伞齿轮精密塑性成形制造工艺。本发明采用的技术解决方案是螺旋伞齿轮精密塑性成形制造工艺为下料_制坯_预锻_齿部法向轧制成形_齿 部冷精整。本发明采用圆钢作为原材料，将下料后的圆钢加热到始锻温度，在空气锤或压力 机上经过镦粗、冲盲孔、冲连皮、扩孔等工步制成算珠形的坯料，再在辗环机上将其辗压成 为环形坯料，随后在压力机上将环形坯料预锻成为预制坯，再在专用法向轧机上用齿形轧 轮，将预制坯的齿部沿节锥面法向轧制成形，成为齿形锻坯。所述齿形轧轮的进给方式是由 可单独控制的轴向和径向进给组成的垂直于齿轮节锥面的法向进给。最后，采用冷精整压 制或铣齿机机加工的方法对齿形锻坯的齿面进行精加工，其除齿面外的后续加工与常规螺旋伞齿轮机加工相同。采用上述技术方案，可以实现螺旋伞齿轮的精密塑性成形制造，极大的减小了后 续机加工量，锻件的材料利用率和生产效率得到了提高，同时齿部的金属材料组织致密、金 属流线沿齿形轮廓连续分布，可以提高齿轮耐磨性、抗腐蚀性和齿根的弯曲强度，明显提高 齿轮工作寿命。由于采用垂直于齿轮节锥面的齿部法向轧制成形技术，金属在充满齿轮螺 旋角时不会出现阻力增大现场，模具的使用寿命较高，在法向轧制时不会有成形齿轮无法 从模具中脱出的现象发生。因此，本发明是一种可实现批量生产、材料利用率高、齿轮锻件 精度高、性能好、表面质量好、质量稳定的螺旋伞齿轮精密塑性成形制造工艺。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。附图1为一种螺旋伞齿轮简图。附图2为螺旋伞齿轮三维造型图。附图3为螺旋伞齿轮塑性成形工艺路线示意图。其中(a)圆钢下料，(b)镦粗， (c)冲盲孔，(d)冲连皮，(e)扩孔，(f)辗环，(g)预锻，(h)齿部法向轧制成形，⑴齿部冷 精整。附图4为齿部法向轧制成形示意图。其中(1)左轧轮，(2)压紧装置，(3)齿形锻 m, (4)右轧轮，(5)下模，(6)活动凹模，(7)弹簧，(8)环形模，(9)旋转工作台，(10)主
轴ο
具体实施例方式下面结合附图3与附图4进一步说明
具体实施例方式实施例一螺旋伞齿轮塑性成形制造工艺如下1.圆钢下料将圆钢用锯床锯切成段(图3. a)；2.制坯将锯切成段的圆钢加热到始锻温度1150°C后，在空气锤或压力机上经过 镦粗(图3. b)、冲盲孔(图3. c)、冲连皮(图3. d)和扩孔等工步制成算珠形的坯料(图 3. e)，在辗环机上将算珠形的坯料辗压成为环形坯料(图3. f)。经过上述工步完成了制坯
工序；3.预锻在压力机上将环形坯料预锻成为预制坯(图3. g)；4.齿部法向轧制成形在专用法向轧机上用带有齿形的左轧轮(图4. 1)和右轧 轮(图4. 4)将预制坯(图3. g)的齿部轧制成形，成为齿形锻坯(图3. h)，左、右轧轮上的 齿形与被轧制的齿形锻坯(图3. h)的齿形有啮合关系。具体操作过程如下将预制坯(图 3. g)圆锥面朝上放在活动凹模内(图4. 6)。压紧装置(图4. 2)下降，将预制坯(图3. g) 压紧在下模(图4. 5)和环形模(图4. 8)上。法向轧机主轴(图4. 10)旋转，带动旋转工作 台(图4. 9)、环形模(图4. 8)、活动凹模(图4. 6)、弹簧(图4. 7)、下模(图4. 5)、预制坯 (图3. g)和压紧装置(图4. 2) —起转动；左轧轮(图4. 1)和右轧轮(图4. 4)按设定的运 动轨迹进给，对预制坯(图3. g)进行法向轧制。在轧制过程中，活动凹模(图4. 6)在左轧 轮(图4. 1)和右轧轮(图4. 4)的法向进给推动下，向下运动。在弹簧(图4. 7)的作用下与左轧轮(图4. 1)和右轧轮(图4. 4)保持接触，形成闭合的轧制型腔，直至将预制坯(图 3. g)轧制成为齿形锻坯(图4. 3)；轧制结束后，法向轧机主轴(图4. 10)停止旋转。左轧 轮(图4. 1)和右轧轮(图4. 4)及压紧装置(图4. 2)退回到出始位置。下模(图4. 5)将 轧制好的齿形锻坯(图4. 3)顶出活动凹模(图4. 6)。取出轧制好的齿形锻坯(图4. 3)， 放入新的预制坯(图3. g)开始下一个工作循环。 5.齿部冷精整将齿形锻坯齿形锻坯(图4. 3)进行退火和磷、皂化润滑，在压力 机上对齿部进行冷精整压制，成为螺旋伞齿轮的精锻坯(图3. i)，这样完成了螺旋伞齿轮 塑性成形工艺，再经过后续加工即成为一只螺旋伞齿轮。
权利要求
一种螺旋伞齿轮精密塑性成形制造工艺，其特征在于螺旋伞齿轮精密塑性成形制造工艺是由圆钢下料、制坯、预锻、齿部法向轧制成形、齿部冷精整等多道工序完成的。
2.根据权利要求1所述螺旋伞齿轮塑性成形制造工艺，其特征是所述的齿部法向轧 制成形，是在专用法向轧机上用带有齿形的轧轮将预制坯的齿部轧制成形为齿形锻坯的， 轧轮上的齿形与被轧制的齿形锻坯的齿形有啮合关系。
全文摘要
本发明提供了一种螺旋伞齿轮精密塑性成形制造工艺，其实施步骤为1.圆钢下料锯切圆钢，2.制坯将锯切成段的圆钢加热到始锻温度后，在空气锤或压力机上经过镦粗、冲盲孔、冲连皮和扩孔等工步制成算珠形的坯料，在辗环机上将算珠形的坯料辗压成为环形坯料，3.预锻在压力机上将环形坯料预锻成为预制坯，4.齿部法向轧制成形在专用法向轧机上用带有齿形的轧轮将预制坯的齿部轧制成形，成为齿形锻坯，5.齿部冷精整齿形锻坯经过退火和磷、皂化润滑，在压力机上对齿部进行冷精整压制，成为螺旋伞齿轮的精锻坯。
文档编号B21H5/04GK101927309SQ20101024338
公开日2010年12月29日 申请日期2010年8月3日 优先权日2010年8月3日
发明者张小光, 边翊, 钟志平 申请人:北京机电研究所;机科发展科技股份有限公司