锻造齿轮模具的制作方法

本实用新型涉及一种锻造直齿齿轮锻造模具，属于无切削金属机械加工技术领域。

背景技术：

渐开线圆柱齿轮是机械传动中应用极为广泛的一种零件，随着近代工业的飞速发展，如何合理的设计齿轮加工工艺，有效提高齿轮的精度和生产效率成为业内一项重要的研究课题。

生产齿轮的工艺主要为：1.锻造齿轮坯，2.粗车，3.正火，4.精车，5.滚齿，6.热处理，7.磨齿，8.磨孔，9.检验，10.入库。这十道工序在目前的加工工艺中是缺一不可的，这十道工序工作繁琐而且耗时较长。

齿轮加工最重要的步骤就是齿形成型也就是上述工艺中的第5步，该步骤目前所能采用的方法主要有三种：1.铣床铣齿、数模铣刀铣齿；2.滚齿机滚齿；3.插齿机插齿；这三种工艺都是采用的物理切削加工，所以对加工设备的刀具损耗比较大。另外由于切削过程中金属纤维会被切断从而导致齿轮强度和使用寿命降低。本人在1993年和1996年分别申报了“一种齿轮加工装置”和“热轧齿轮机”，热轧齿轮机能够快速把锻坯轧制成齿轮，但是存在一个不可避免的质量问题：被动轮齿轮的中部会产生凹切现象，这种凹切现象在后期的加工中无法挽救。

经检索发现，目前的技术文献中并没有人提出比较好的解决方案来替代上述的传统加工工艺。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术中存在的缺陷，提出一种工艺简化、生产速度快的直齿齿轮锻造工艺。

为实现以上的技术目的，本实用新型将采取以下的技术方案：

一种锻造直齿齿轮工艺，按照如下步骤进行：

第一步，锻造第一齿轮胚，根据目标齿轮确定齿轮钢坯料的尺寸，下料后加热至1150±50℃，镦粗后置入齿轮坯模中锻打满模腔得到第一齿轮坯，将第一齿轮坯立即送入初锻模，此时齿轮坯温度为950±50℃；

第二步，得到第二齿轮坯，将第一齿轮坯沿初锻模模腔入口端向其出口端进行冲压，当第一齿轮坯到达初锻模出口端时成为第二齿轮坯，第二齿轮坯温度为850±50℃；

第三步，得到第三齿轮坯，被冲压至初锻模出口端的第二齿轮坯继续被向下冲压进终锻模后，将终锻模从初锻模底部取下并对终锻模两端的齿轮坯余料做打平处理得到第三齿轮坯，将第三齿轮坯取出空冷，取出时第三齿轮坯温度为700±50℃；

第四步，得到成品齿轮坯，当第三齿轮坯温度降到500±50℃时，将齿轮坯冲压经过拉光模得到成品齿轮坯。

该工艺进一步限定的技术方案为：

进一步的，工艺按照如下步骤进行：第一步，锻造第一齿轮胚，根据目标齿轮确定齿轮钢坯料的尺寸，下料后加热至1100℃，镦粗后置入齿轮坯模中锻打满模腔得到第一齿轮坯，将第一齿轮坯立即送入初锻模，此时齿轮坯温度为900℃；

第二步，得到第二齿轮坯，将第一齿轮坯沿初锻模模腔入口端向其出口端进行冲压，当第一齿轮坯到达初锻模出口端时成为第二齿轮坯，第二齿轮坯温度为800℃；

第三步，得到第三齿轮坯，被冲压至初锻模出口端的第二齿轮坯继续被向下冲压进终锻模后，将终锻模从初锻模底部取下并对终锻模两端的齿轮坯余料做打平处理得到第三齿轮坯，将第三齿轮坯取出空冷，取出时第三齿轮坯温度为650℃；

第四步，得到成品齿轮坯，当第三齿轮坯温度降到450℃时，将齿轮坯冲压经过拉光模得到成品齿轮坯。

进一步的，工艺按照如下步骤进行：第一步，锻造第一齿轮胚，根据目标齿轮确定齿轮钢坯料的尺寸，下料后加热至1150℃，镦粗后置入齿轮坯模中锻打满模腔得到第一齿轮坯，将第一齿轮坯立即送入初锻模，此时齿轮坯温度为950℃；

第二步，得到第二齿轮坯，将第一齿轮坯沿初锻模模腔入口端向其出口端进行冲压，当第一齿轮坯到达初锻模出口端时成为第二齿轮坯，第二齿轮坯温度为850℃；

第三步，得到第三齿轮坯，被冲压至初锻模出口端的第二齿轮坯继续被向下冲压进终锻模后，将终锻模从初锻模底部取下并对终锻模两端的齿轮坯余料做打平处理得到第三齿轮坯，将第三齿轮坯取出空冷，取出时第三齿轮坯温度为700℃；

第四步，得到成品齿轮坯，当第三齿轮坯温度降到500℃时，将齿轮坯冲压经过拉光模得到成品齿轮坯。

进一步的，工艺按照如下步骤进行：第一步，锻造第一齿轮胚，根据目标齿轮确定齿轮钢坯料的尺寸，下料后加热至1200℃，镦粗后置入齿轮坯模中锻打满模腔得到第一齿轮坯，将第一齿轮坯立即送入初锻模，此时齿轮坯温度为1000℃；

第二步，得到第二齿轮坯，将第一齿轮坯沿初锻模模腔入口端向其出口端进行冲压，当第一齿轮坯到达初锻模出口端时成为第二齿轮坯，第二齿轮坯温度为900℃；

第三步，得到第三齿轮坯，被冲压至初锻模出口端的第二齿轮坯继续被向下冲压进终锻模后，将终锻模从初锻模底部取下并对终锻模两端的齿轮坯余料做打平处理得到第三齿轮坯，将第三齿轮坯取出空冷，取出时第三齿轮坯温度为750℃；

第四步，得到成品齿轮坯，当第三齿轮坯温度降到550℃时，将齿轮坯冲压经过拉光模得到成品齿轮坯。

一套锻造直齿齿轮模具，包括齿轮坯模、初锻模、终锻模和拉光模，初锻模的模腔从入口端至出口端分为倾斜段和成型段，成型段的内轮廓与第二齿轮坯平面投影形状一致；

倾斜段的内轮廓主要由迎着第一齿轮坯进入方向顺序立在初锻模入口端的刃口段和渐变段，其中刃口段的端面为人字形刃口，刃口段的底面与渐变段的初始端面形状一致，渐变段的初始端面为以幕墙的弧形侧壁为一边的一个类长方形面，类长方形面的横边与成型段内轮廓齿顶宽等宽，类长方形面的竖边与成型段内轮廓截面的高相同；渐变段的终端面与成型段的内轮廓一致；渐变段终端面的竖边与渐变段初始端面的竖边之间通过弧形曲面平滑连接，渐变段终端面的横边与渐变段初始端面的横边之间通过片面连接；终锻模通过定位销固定在初锻模的出口端，并且终锻模和初锻模之间留有一定间隙；该成型段结构有点类似于扁錾，通过逐步的挤压使其产生变形。

终锻模的模腔轮廓与初锻模的成型段一致；

拉光模的模腔轮廓比成品齿轮坯平面投影的尺寸大一个降温收缩量，所述降温收缩量指成品齿轮坯从500±50℃降到室温时的一个尺寸缩小量。

该模具进一步限定的技术方案为：

进一步的，齿轮坯模主要由内模和套接内模的外模组成，外模的底部设有一个喇叭状插接口，内模的侧面设有与外模底部插接口相适配的斜坡面，当外模插接到内模的预定工位时，内模的顶面和外模的侧面相互协作围成齿轮坯模的内腔。

进一步的，内模的顶面上设有用于锻造第一齿轮坯上定位槽的定位芯。

进一步的，拉光模的模腔轮廓入口端设有一个方便齿轮坯进入的斜坡口。

进一步的，初锻模的入口端上盖有向导盖，向导盖上开有与初锻模入口同心的圆孔，并且该圆孔的直径与第一齿轮坯直径相当。

本实用新型由于采取以上技术方案，具有如下优点：

1、质量稳定，模具生产齿轮质量稳定。

2、速度快，一次性加热锻造齿轮经过初锻模、终锻模两套模具的锻造过程，短短几分钟时间就完成了滚齿机漫长的加工过程，其加工速度比滚齿机快百倍。

3、节省钢材，比切削加工节省20％钢材。

4、工序的节省，跟传统加工工艺相比，节省了车外圆工序和滚齿工序，降低了能耗，提高了生产效率。

5、锻造齿轮的金相结构完整合理，抗弯强度高、使用寿命长。

6、锻造齿轮解决了大模数、小直径齿轮的根切难题。

附图说明

图1是齿轮坯模的结构示意图；

图2是第一齿轮坯的结构示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是冲压棒结构示意图；

图5是模具总装图；

图6是初锻模的俯视结构示意图；

图7是拉光模结构示意图。

图中：冲压棒1，第一齿轮坯2，向导盖3，初锻模4，定位销5，终锻模6，外模7，内模8。

具体实施方式

附图非限制性地公开了本实用新型所涉及优选实施例的示意图；以下将结合附图详细地说明本实用新型的技术方案。

本实用新型以模数为3，齿数为30，压力角为20°的标准直齿圆柱齿轮的锻造成型为例，成品齿轮坯齿顶圆直径96mm，齿根圆直径82.5mm，分度圆直径90mm，齿宽30mm。

锻造直齿齿轮工艺，按照如下步骤进行：

第一步，锻造第一齿轮胚，齿轮钢坯料材料为20Cr2Ni4，规格为Φ60圆钢，下料长度78mm，重量1.73kg，下料后加热至1150±50℃，镦粗后置入齿轮坯模(结构和尺寸如图1)中锻打满模腔得到第一齿轮坯，将第一齿轮坯(结构和尺寸如图2)立即送入初锻模，此时齿轮坯表面温度为950±50℃；

第二步，得到第二齿轮坯，将第一齿轮坯沿初锻模模腔入口端向其出口端进行冲压，当第一齿轮坯到达初锻模出口端时成为第二齿轮坯，第二齿轮坯温度为850±50℃；

第三步，得到第三齿轮坯，被冲压至初锻模出口端的第二齿轮坯继续被向下冲压进终锻模后，将终锻模从初锻模底部取下并对终锻模两端的齿轮坯余料做打平处理得到第三齿轮坯，将第三齿轮坯取出空冷，取出时第三齿轮坯温度为700±50℃；

第四步，得到成品齿轮坯，当第三齿轮坯温度降到500±50℃时，将齿轮坯冲压经过拉光模得到成品齿轮坯。

一套锻造直齿齿轮模具，包括齿轮坯模、初锻模4、终锻模6和拉光模，初锻模(采用3Cr2W8V热模钢)的入口端上盖有向导盖3，向导盖上开有与初锻模入口同心的圆孔，并且该圆孔的直径与第一齿轮坯直径相当。

初锻模的模腔如图6所示，从入口端至出口端分为倾斜段和成型段，成型段的内轮廓与第二齿轮坯平面投影形状一致；

倾斜段的内轮廓主要由迎着第一齿轮坯进入方向顺序立在初锻模入口端的刃口段和渐变段，其中刃口段的端面为人字形刃口，刃口段的底面与渐变段的初始端面形状一致，渐变段的初始端面为以幕墙的弧形侧壁为一边的一个类长方形面，类长方形面的横边与成型段内轮廓齿顶宽等宽，类长方形面的竖边与成型段内轮廓截面的高相同；渐变段的终端面与成型段的内轮廓一致；渐变段终端面的竖边与渐变段初始端面的竖边之间通过弧形曲面平滑连接，渐变段终端面的横边与渐变段初始端面的横边之间通过片面连接；终锻模通过定位销固定在初锻模的出口端，并且终锻模和初锻模之间留有一定间隙；

终锻模的模腔轮廓与初锻模的成型段一致；

拉光模尺寸和结构如图7所示，模腔轮廓比成品齿轮坯平面投影的尺寸大一个降温收缩量，降温收缩量指成品齿轮坯从500±50℃降到室温时的一个尺寸缩小量，模腔轮廓入口端设有一个方便齿轮坯进入的斜坡口。

齿轮坯模的尺寸和结构如图1所示，主要由内模8和套接内模的外模7组成，外模的底部设有一个喇叭状插接口，所述内模的侧面设有与外模底部插接口相适配的斜坡面，当外模插接到内模的预定工位时，内模的顶面和外模的侧面相互协作围成齿轮坯模的内腔。内模的顶面上设有用于锻造第一齿轮坯上定位孔的定位芯。