本发明涉及锥齿轮（伞齿轮）轴和金属材料的控制成形技术，属机械装备制造业领域。具体是一种锥齿轮（伞齿轮）轴的精密近净成形工艺及装置，适用于大批量的汽车、拖拉机、摩托车、航空、舰船、坦克等锥齿轮轴类零件的精密近净成形。
背景技术：
目前，锥齿轮轴类零件，通常是利用铣床机械切屑加工或热模锻而成。机加工存在着刀具寿命低、成本高、产品的尺寸同一性不好、生产效率低、材料利用率不高等问题。热模锻因加热使得锥齿轮和轴的表面粗糙度差需再精整，工序多且能源消耗大。随着汽托工业和直升机、舰船、坦克等军用装备的迅猛发展和高性能的要求，传统的铣床机械切屑加工和热模锻方法已无法满足愈来愈大批量和高质量的市场需求。
技术实现要素：
本发明的目的正是针对上述现有工艺中所存在的不足之处而提供一种用于锥齿轮轴精密近净成形的工艺及装置。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明的锥齿轮轴的精密近净成形工艺包括以下步骤：
a、棒料精密锯切下料；
b、退火处理；
c、采用fm-4水基高分子润滑剂润滑毛坯；
d、冷镦预成形锥毛坯：采用室温冷镦的方法，根据锥齿轮轴的齿锥角和轴台阶的形状初步预成形毛坯，为下一步近净成形锥齿轮和台阶轴奠定基础；
e、二硫化钼润滑：将二硫化钼粉与机油按重量百分比30%～40%∶60%～70%搅拌均匀，之后将配制好的二硫化钼涂覆在预成形的锥毛坯表面上，直接放入近净成形模具内成形；
f、精密近净成形：在精密近净成形装置上成形锥齿轮轴；
g、根据需要进行机加工；
h、成品。
本发明的精密近净成形装置包括由上至下依次设置的上组合锥齿模、下组合台阶轴模、强化垫板和顶出限位块等四部分；所述上组合锥齿模包括由内至外依次套装在一起的锥齿轮芯模、芯模紧固套、芯模强化加固套；所述下组合台阶轴模是由内至外依次采用过盈配合方式套装在一起的台阶轴模、台阶轴模套、台阶轴模固定圈组合而成；所述强化垫板由采用过盈配合方式套装在一起的内强化板与外板组成；所述顶出限位块是由内至外套装在一起的顶料杆和限位块组成，且所述顶料杆的上端竖直向上通过内强化板的中心通孔延伸至台阶轴模的模腔中。
本发明中所述的锥齿轮芯模的上部预留有既能确保锥齿轮齿形充满又利于多余金属分流，同时还可以有效改善模具的受力分布状况的透气分流孔，从而可以大大提高锥模的使用寿命；所述透气分流孔的直径既不能大也不能小，大了金属易流向孔内，造成锥齿充不满；太小又会使得金属的变形抗力增加，造成模具开裂。经验认为该分流孔的直径ｄ=0.15～0.2ｄ（锥齿轮大端直径）比较合适。
在本发明的装置中，由内强化板与外板组成的强化垫板区别于常规垫板。常规垫板通常是采用普通合金钢整体制做，热处理硬度和强度都不高，而本发明则采用的分体组合式强化垫板，其内强化板可以用模具钢或合金钢制造，其硬度和强度能够处理的优于常规垫板。这样不但不易变形、压塌和碎裂，同时还可以有效防护台阶轴模的损坏，另外，还可以根据需要更换内强化板以便多场合互换使用，从而减少垫板数量，节约模具材料。
本发明中的“冷镦预成形锥毛坯”，不同于热模锻预制坯。热模锻大多采用机加工车屑制坯。毛坯有毛刺需特别处理，同时需用大量的车床、刀、量具和人力等。热模锻也有采用热锻预制坯的但必须去除表面氧化皮。本工艺则采用室温冷镦的方法，根据锥齿轮轴的齿锥角和轴台阶的形状初步预成形毛坯，为下一步近净成形锥齿轮和台阶轴奠定基础。
本发明中的“二硫化钼润滑”，指的是将二硫化钼粉和机油按一定比例搅拌均匀放置在一小容器内，由油压机操作工手工将预成形的锥毛坯表面粘上二硫化钼，直接放入近净成形模具内成形，不需要大规模的加热、除锈、润滑工序，但却达到减小摩擦阻力和提高工件的表面光洁度的目的。因为，上道润滑工序的高分子润滑剂在锥毛坯表面尚有粘附，该“二硫化钼润滑”工序实为润滑剂的二次补充，省却了繁琐的常规润滑，操作便利、节能、无污染、效果好。
所述成品为锥齿轮轴类零件。
更具体说，本发明的成形工艺过程为：采用高速带锯精密锯切棒料,然后进行软化退火处理，抛丸去除棒料表面氧化皮，清洗除锈加热，采用高分子润滑剂润滑毛坯，然后冷镦预成形锥毛坯。将预成形锥毛坯经二硫化钼补充润滑后放入锥齿轮轴精密近净成形装置上成形锥齿轮轴。成形锥齿轮轴工件时，把模具装配好,小心谨慎地将锥齿模与台阶轴模调整对中，以保证锥齿轮轴的尺寸精度。
本发明中所述的上组合锥齿模通常直接安装在油压机的通用上模架里即可使用，操作起来方便易行，经济实用。所述顶出限位块、强化垫板和下组合台阶轴模应用时由下至上依次放置在油压机的通用下模架内，根据需要调整上下模对中即可精密近净成形锥齿轮轴。
本发明的成形装置的操作程序如下：先将锥齿轮芯模与芯模紧固套过盈配合，然后再和芯模强化加固套过盈压合，然后将该上组合锥齿模安装在油压机的通用上模架里。将台阶轴模与台阶轴模套过盈配合，然后与台阶轴模固定圈过盈配合。将内强化板与外板过盈压合在一起组成强化板。应用时先将限位块和顶料杆放入到所用油压机的通用下模架内，然后将内强化板与外板组成的强化板放入模架，再将组合台阶轴模放入，根据需要调整上下模对中。将冷镦预成形锥毛坯放入下组合台阶轴模内，随着压机的下行迫使金属流动挤压成形出锥齿轮轴。当冷挤压精密成形锥齿轮轴达到设定要求时，压机停止下行而回程，锥齿轮轴工件上部脱离锥齿轮芯模，下部分通过顶料杆10将工件顶出。如此循环往复即可大批量生产锥齿轮轴类零件。
本发明的有益效果如下：
1、采用本精密近净成形工艺及装备成形的锥齿轮轴，具有连续的金属纤维流线，避免了机械切屑加工时在齿根部形成的刀痕、微裂纹和光洁度差等缺陷，材料组织更加致密，所以，零件耐磨损，强度高，使用寿命大大提高。
2、采用本精密近净成形工艺及装备成形的锥齿轮轴，可以大大缩短加工工时，生产效率约是机加工的15～20倍．并且可节省大量的刀、量、卡具及机加工所需的设备、人力、能源，同时材料的利用率亦大大提高，零件的尺寸同一性好，质量高，具有显著的经济效益和社会效益，非常适合大批量生产应用。
3、该工艺及装置适合于锥齿轮轴的精密近净成形。该成形装置结构简单新颖，加工制做容易，使用操作便利，模具寿命长，适宜大批量生产应用。本装置将锥齿轮芯模的上部加工有透气分流孔，既能确保锥齿轮齿形充满又利于多余金属分流，同时还可以有效改善模具的受力分布状况，从而可以大大提高锥模的使用寿命。强化垫板不同于常规垫板，其硬度和强度优于常规垫板，不易压碎变形，同时还可以有效防护台阶轴模的损坏，另外，还可以根据需要更换内强化板以便多场合互换使用，从而可减少垫板数量，节省昂贵的模具材料，经济效益显著。
4、锥齿轮轴的精密近净成形工艺中，采用二硫化钼补充润滑预成形毛坯，能有效减小摩擦力，提高锥齿轮轴表面光洁度。二硫化钼润滑无污染、无毒害、节能，操作简单。
5、该成形装置结构简单有创新，易于加工制做，大大地节省了昂贵的模具材料，经济效益显著。同时使用操作便利，模具寿命长、更换容易，适宜于大批量生产应用。
6、本发明采用的精密近净成形工艺，确定的工艺参数合理，精密近净成形的锥齿轮轴零件，其锥齿形的表面光洁度、精度、尺寸等均达到零件的设计要求，无需再机加工即可使用。
附图说明
图1为本发明的锥齿轮轴的精密净成形装置的结构示意图。
图中序号：1是锥齿轮芯模，2是芯模紧固套，3是锥齿轮轴工件，4是芯模强化加固套，5是台阶轴模，6是台阶轴模套，7是台阶轴模固定圈，8是内强化板，9是外板，10是顶料杆，11是限位块。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述：
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明的锥齿轮轴的精密近净成形工艺包括以下步骤：
a、棒料精密锯切下料；
b、退火处理；
c、采用高fm-4分子润滑剂润滑毛坯；
d、冷镦预成形锥毛坯：采用室温冷镦的方法，根据锥齿轮轴的齿锥角和轴台阶的形状初步预成形毛坯，为下一步近净成形锥齿轮和台阶轴奠定基础；
e、二硫化钼润滑：将二硫化钼粉与机油按重量百分比30%～40%∶60%～70%搅拌均匀，之后将配制好的二硫化钼涂覆在预成形的锥毛坯表面上，直接放入近净成形模具内成形；
f、精密近净成形：在精密近净成形装置上成形锥齿轮轴；
g、根据需要进行机加工；
h、成品。
进一步说，本发明采用高速带锯精密锯切棒料,然后进行软化退火处理，去除坯料表面氧化皮，采用高分子润滑剂将毛坯润滑处理，然后冷镦预成形锥毛坯。将预成形锥毛坯经二硫化钼润滑后放入锥齿轮轴精密近净成形装置上成形锥齿轮轴。成形锥齿轮轴工件时，把模具装配好,小心谨慎地将锥齿模与台阶轴模调整对中，以便保证锥齿轮轴的尺寸精度。
本发明的成形装置结合图1做进一步描述：
本发明的精密近净成形装置包括由上至下依次设置的上组合锥齿模、下组合台阶轴模、强化垫板和顶出限位块等四部分；所述上组合锥齿模包括由内至外依次套装在一起的锥齿轮芯模(1)、芯模紧固套(2)、芯模强化加固套(4)；所述下组合台阶轴模是由内至外依次采用过盈配合方式套装在一起的台阶轴模(5)、台阶轴模套(6)、台阶轴模固定圈（7）组合而成；所述强化垫板由采用过盈配合方式套装在一起的内强化板（8）与外板（9）组成；所述顶出限位块是由内至外套装在一起的顶料杆（10）和限位块(11)组成，且所述顶料杆（10）的上端竖直向上通过内强化板（8）的中心通孔延伸至台阶轴模(5)的模腔中。
本发明中所述的锥齿轮芯模(1)的上部预留有既能确保锥齿轮齿形充满又利于多余金属分流，同时还可以有效改善模具的受力分布状况的透气分流孔，从而可以大大提高锥模的使用寿命；所述透气分流孔的直径既不能大也不能小，大了金属易流向孔内，造成锥齿充不满；太小又会使得金属的变形抗力增加，造成模具开裂。经验认为该分流孔的直径ｄ=0.15～0.2ｄ（锥齿轮大端直径）比较合适。
在本发明的装置中，由内强化板（8）与外板（9）组成的强化垫板区别于常规垫板。常规垫板通常是采用普通合金钢整体制做，热处理硬度和强度都不高，而本发明则采用的分体组合式强化垫板，其内强化板（8）可以用模具钢或合金钢制造，其硬度和强度能够处理的优于常规垫板。这样不但不易变形、压塌和碎裂，同时还可以有效防护台阶轴模的损坏，另外，还可以根据需要更换内强化板以便多场合互换使用，从而减少垫板数量，节约模具材料。
本发明装置的具体装配方式如下：先将锥齿轮芯模(1)与芯模紧固套(2)过盈配合，然后再和芯模强化加固套(4)压合，然后将该上组合锥齿模安装在油压机的通用上模架内；将台阶轴模(5)与台阶轴模套(6)过盈配合，然后与台阶轴模固定圈（7）过盈压合；将内强化板（8）与外板（9）过盈压合在一起组成强化板。应用时先将限位块(11)和顶料杆（10）放入到所用油压机的通用下模架内，然后将强化板放入模架，再将组合台阶轴模放入，根据需要调整上下模对中，最后固定上下模具。
将冷镦预成形的锥毛坯放到下组合台阶轴模内，随着油压机的下行迫使金属流动挤压成形出锥齿轮轴。当冷挤压的锥齿轮轴工件达到设计要求时，压机停止下行而回程，锥齿轮轴工件上部脱离锥齿轮芯模，下部分则通过顶料杆10将工件顶出。如此循环往复即可大批量生产锥齿轮轴类零件。
所谓的精密近净成形锥齿轮轴零件，就是利用本发明的装置将锥齿轮轴的锥齿面和轴台阶部分净成形而不用再机加工即可使用，或者是轴台阶处稍微加工可使用。因此，应用本发明时应小心谨慎地调整锥齿轮芯模和台阶轴模，使其上下对中，从而保证成形的锥齿轮轴工件的精度达到设计要求。