本发明涉及一种大规格直齿锥齿轮多步成型设备，属于齿轮的技术制造领域。
背景技术：
齿轮精锻技术是指齿轮轮齿由还料经过精锻直接获得完整齿形，而齿面不需切削加工，或仅需少许精加工即可使用的齿轮制造技术。
长期以来，直齿锥齿轮采用金属切削方式，技术成熟，工艺可靠，但齿轮的齿根部金属纤维被切断，使得齿轮强度减弱，且切削加工效率低、成本高，不适合于大批量生产。而传统直接一次锻造成形法虽然提高了加工效率，减少了材料浪费，但产品精度低，且模具磨损严重。与传统的切削加工工艺相比，齿轮精锻工艺可改善齿轮组织，提高力学性能；提高材料利用率和生产效率，降低生产成本；减少热处理时的齿廓变形，提高齿的耐磨性和啮合时的平稳性，提高使用寿命。
普通一次锻压加工，不能根据齿轮不同阶段成形抗力进行分段加工，导致模具磨损严重，并且一次锻压时不能对成形后的齿轮精整，导致齿轮锻压后精度不高、有飞边，需增加一道机加工工序提高精度，从而降低了企业生产效率。
针对机加工生产效率低、材料浪费严重和一次锻压成形过程中不能去除飞边和模具磨损严重的问题，有必要改良模具与加工工艺，以避免机加工和一次锻压成形所带来的问题，提高和改善模具的成形效果及质量，降低生产成本，提高生产效率，完善模具的成形工艺。
技术实现要素：
本发明的发明目的是提供一种大规格直齿锥齿轮多步成型设备，以避免机加工和一次锻压成形所带来的问题，提高和改善模具的成形效果及质量，降低生产成本，提高生产效率，完善模具的成形工艺。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种大规格直齿锥齿轮多步成型设备，包括上模座、下模座、以及置于上模座与下模座之间的同一直齿锥齿轮模具组，
所述同一直齿锥齿轮模具组包括齿轮不同加工过程中分别对应使用的平模模具、温锻成形模具、温锻整形模具和冷锻精整模具，
所述平模模具包括平模凸模和平模凹模，所述平模凸模包括第一平模上模、第二平模上模，所述平模凹模包括第一平模下模、第二平模下模，
所述第一平模上模为圆柱凸模，所述第二平模上模为圆筒凸模，所述第一平模上模卡接设于第二平模上模内，
所述第一平模下模为实心圆柱体，所述第二平模下模为圆筒，所述第一平模下模插设在第二平模下模内；
所述温锻成形模具包括温锻成形凸模和温锻成形凹模，所述温锻成形凸模包括同轴设置的第一温锻成形上模、第二温锻成形上模、第三温锻成形上模和第四温锻成形上模，所述温锻成形凹模包括同轴设置的第一温锻成形下模、第二温锻成形下模和第三温锻成形下模，
所述第一温锻成形上模为圆柱凸模，其下端部模型处直径等于齿轮安装孔内径，所述第一温锻成形上模卡接设于第二温锻成形上模内，
所述第二温锻成形上模为圆筒凹模，其外端口处设有齿形模，齿形模的齿形尺寸为半成型尺寸，其内端口处设有齿轮安装孔模，所述第二温锻成形上模卡接设于第三温锻成形上模内，
所述第三温锻成形上模为圆筒，所述第二温锻成形上模卡接设于第三温锻成形上模内，所述第三温锻成形上模卡接设于第四温锻成形上模内，
所述第四温锻成形上模为圆筒，
所述第一温锻成形下模为实心圆柱，其上端面中间设有凸出部分，所述凸出部分直径等于对应型号直齿锥齿轮轴径，其余凸出部分为直齿锥齿轮非工作地面形状模型，所述第一温锻成形下模插设于第二温锻成形下模内，
所述第二温锻成形下模为圆筒，其内壁上端端面处有倒角，所述第二温锻成形下模插设于第三温锻成形下模内，
所述第三温锻成形下模为圆筒；
所述温锻整形模具包括温锻整形凸模和温锻整形凹模，所述温锻整形凸模包括同轴设置的第一温锻整形上模、第二温锻整形上模、第三温锻整形上模和第四温锻整形上模，所述温锻整形凹模包括同轴设置的第一温锻整形下模、第二温锻整形下模和第三温锻整形下模，
所述第一温锻整形上模为圆柱凸模，其端部模型处的直径等于齿轮安装孔内径，所述第一温锻整形上模插设于第二温锻整形上模内，
所述第二温锻整形上模为圆筒凹模，其模型端设有齿轮非工作端模，所述第二温锻整形上模卡接设于第三温锻整形上模内，
所述第三温锻整形上模为圆筒，其模型端与第二温锻整形上模模型端工作时，两者共同构成齿轮非工作端面模型,所述第三温锻整形上模卡接设于第四温锻整形上模内，
所述第四温锻整形上模为圆筒，锻压过程中与第三温锻整形上模同步运动，保护第三温锻整形上模，
所述第一温锻整形下模为实心圆柱，其上端面中间设有第一凸出部分，凸出部分的直径等于待加工直齿锥齿轮轴径，在第一凸出部分的外围还设有第二凸出部分，第二凸出部分为直齿锥齿轮非工作地面形状模型，
所述第二温锻整形下模为圆筒，其内径等于第一温锻整形上模外径，第二温锻整形下模的模型端的尺寸与待加工齿轮工作面的理论尺寸相同，所述第一温锻整形下模设于所述第二温锻整形下模内，
所述第三温锻整形下模为圆筒，其内径等于第二温锻整形下模外径，所述第二温锻整形下模设于第三温锻整形下模内；
所述冷锻精整模具包括冷锻精整凸模和冷锻精整凹模，所述冷锻精整凸模包括同轴设置的第一冷锻精整上模和第二冷锻精整上模，所述冷锻精整凹模包括同轴设置的第一冷锻精整下模、第二冷锻精整下模和第三冷锻精整下模，
所述第一冷锻精整上模为圆筒凸模，其端部的模型端处设有齿轮非工作端模，
所述第二冷锻精整上模为圆筒，所述第一冷锻精整上模卡接设于第二冷锻精整上模内，锻压过程中与第一冷锻精整上模同步运动，保护第一冷锻精整上模，
所述第一冷锻精整下模为圆筒凹模，其模型端上端面中间设有凸出部分，凸出部分直径等于待加工齿轮轴径，模型端上端面外周还设有其余凸出部分，所述其余凸出部分为直齿锥齿轮非工作地面形状模型，
第二冷锻精整下模为圆筒，其内径小于第一冷锻精整下模的内径，所述第二冷锻精整下模外径与第一冷锻精整外径相等，且等于第三冷锻精整模内径，
所述第三冷锻精整下模为圆筒，内径和第一、第二冷锻精整模外径相等，所述第一冷锻精整下模设于第二冷锻精整下模上方，且第一、第二冷锻精整模均设于第三冷锻精整下模内。
优选地，所述上模座包括上模板和同轴设置在上模板内的上模压力块。
优选地，所述下模座包括大压力块、下模压力块、浮动模板、压紧环、弹簧、浮动压力块、下模板、工作台垫板，所述大压力块同轴卡接设于下模板内，所述大压力块为下模压力块和压紧环支撑部分，同轴固定于下模压力块和压紧环下方，限制二者向上下运动，所述压紧环套设在下模压力块上，且所述压紧环的下端周向设有台阶，用于固定大压力块，所述浮动模板设于压紧环上方，所述浮动模板与压紧环通过滑杆连接，所述滑杆上套设有弹簧，作用为蓄能和缓冲，锻压过程中将浮动模板能量储存，上下模分离时，将下模恢复原位置，所述浮动压力块同轴与浮动模板设置，所述浮动压力块的外径等于浮动模板安装处的内径,浮动压力块的外径大于浮动模板的内径且小于浮动模板的外径，浮动压力块的高度小于浮动模板的高度，下模压力块为第一平模下模、第一温锻成形下模、第一温锻整形下模、以及第一冷锻精整下模的支撑部分，在不同锻造过程中限制对应下模向下运动，所述弹簧为压力环蓄能和缓冲部分，安装于压紧环于浮动模板连接的滑杆上，存储其它下模（除第一平模下模、第一温锻成形下模、第一温锻整形下模、以及第一冷锻精整下模的其它下模）传导的能量。
优选地，还设有模具保护装置，所述模具保护装置包括上模套、下模套和上模垫板，所述上模垫板固设与上模座的上方，所述上模板固设与上模座的下方，所述下模套固设在下模座上，所述上、下模套均为圆筒，在不同的加工过程中，所述上模套同轴固定设于同一直齿锥齿轮模具组中的对应的凸模的最外侧，所述下模套同轴固定设于同一直齿锥齿轮模具组中的对应的凹模的最外侧。
优选地，所述上、下退料销为位于上、下模压力块中间的空心圆柱，退料销在温锻与冷锻过程中，会有一些废屑堵塞进上、下模中，该位置可以用来清理废屑等异物。
优选地，所述导柱是圆柱导向元件，该元件与浮动模块相连接，确保浮动模块在竖直方向运动。
本发明还公开了一种大规格直齿锥齿轮精锻成形工艺，使用平模模具将原料镦粗；使用温锻成形模具加工齿形；使用温锻整形模具矫正齿形；使用冷锻精整模具去飞边、精整齿形，
具体包括如下步骤：
（一）、将加工原料在电炉中加热至850℃；
（二）、将平模模具放置在多步成型设备上，根据所需直齿锥齿轮尺寸调整锻压机吨位将原料在平模上镦粗到所需厚度；
（三）、在锻压机开模的状态下，将上、下模具加热到350℃；
（四）、将温锻成形模具放置在多步成型设备上，温锻成形凸模下移，当温锻成形凸模、温锻成形凹模接触时，第二温锻成形下模与第三温锻成形上模接触，同时第三温锻成形下模与第四温锻成形上模接触，并且继续向下运动，根据直齿锥齿轮尺寸，设置冲压吨位，获得粗加工齿形的齿轮；
（五）、将温锻整形模具放置在多步成型设备上，温锻整形凸模下移，当温锻整形凸模、温锻整形凹模接触时，第二温锻整形下模与第三温锻整形上模接触，同时第三温锻整形下模与第四温锻整形上模接触，并且继续向下运动，根据直齿锥齿轮尺寸，设置冲压吨位，获得矫正过齿形的齿轮。
（六）、将温锻之后的齿轮放置冲压机上，将中间轴孔重开，根据直齿锥齿轮轴径确定冲压机冲轴直径；
（七）、对步骤（六）所加工工件先冷却至常温，然后进行抛丸处理，之后皂化处理；
（七）、将冷锻精整模具放在多步成型设备上，将步骤（七）处理后的齿轮凸模下移与凹模闭合，完成冷锻精整；
（八）、将步骤（七）所加工渗碳热处理后，完成加工。
优选地，所述平模模具，由平模凸模和平模凹模组成，根据所加工直齿锥齿轮尺寸，调节锻压机锻压吨位，将850℃原料镦粗至指定尺寸。
优选地，所述温锻成形模具，由温锻成形凸模和温锻成形凹模组成，第一温锻成形上模直径等于直齿锥齿轮轴孔直径，齿形模为第二温锻成形上模；
优选地，所述温锻整形模具，由温锻整形凸模和温锻整形凹模组成，第一温锻整形上模与第一温锻整形下模直径等于直齿锥齿轮轴孔直径，齿形模为第二温锻整形下模；
优选地，所述冷锻精整模具，由冷锻精整凸模和冷锻精整凹模组成，齿型在下模，模型端处为齿轮非工作端模，内径等于对应型号齿轮非工作端轴孔外径，模型端为齿轮工作时，齿轮非工作面的尺寸，该尺寸对温锻精整后冷却的半成品齿轮非工作面尺寸进行精整。外径非模型端大于模型端，形成阶梯台，其非模型端和模型端外径等于第二冷锻精整上模对应内径，两者配合安装。第二冷锻精整上模为圆筒，内径等于第三冷锻精整上模外径，高度与第三冷锻精整上模一致，锻压过程中与第三冷锻精整上模同步运动，保护第三冷锻精整上模。第一冷锻精整下模为圆筒凹模，其内径等于齿轮工作要求中安装孔外径。该模模型端为齿轮工作时工作面对应尺寸，该尺寸是对温锻整形的半成品齿轮进行尺寸精整。上端面中间凸出部分直径等于对应型号直齿锥齿轮轴径，其余凸出部分为直齿锥齿轮非工作地面形状模型。第二冷锻精整下模为圆筒，其内径略小于第一冷锻精整下模外径，该模外径与第一冷锻精整外径相同，且等于第三冷锻精整模内径。第三冷锻精整下模为圆筒，内径和第一第二冷锻精整模外径相等。外部有阶梯台，安装时与对应部件配合。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明的成型设备适用于大规格直齿锥齿轮的加工，通过齿轮不同阶段成形时成形阻力的不同，将成形过程再原有一次成形的基础上分为温锻和冷锻两次成形；由于温锻过程不同阶段成形阻力变化较大，为了保护模具，将温锻过程分为三次锻压，对加工工艺改进之后，对模具进行改进，将一套模具改为四套模具，模具改进之后根据加工时模具不同部分的运动情况对成形设备进行改进。以上对成形设备的改进配合对应模具和工艺有效的改善了原有加工方法中模具损坏严重、有飞边的问题。
附图说明
图1为本发明实施例一的大规格直齿锥齿轮多步成型设备的结构示意图。
图2为本发明实施例一的大规格直齿锥齿轮多步成型设备的平模模具图。
图3为本发明实施例一的一种大规格直齿锥齿轮多步成型设备的温锻成形模具图。
图4为本发明实施例一的一种大规格直齿锥齿轮多步成型设备的温锻整形模具图。
图5为本发明实施例一的一种大规格直齿锥齿轮多步成型设备的冷锻精整模具图。
其中：1、大压力块；2、下模压力块；3、弹簧；4、浮动压力块；5、下模1；6、导柱；7、下模2；8、下模3；9、导套；10、上模2；11、上模3；12、上模4；13、大螺帽；14、t型螺栓；15、上模套；16、上模板；17、上模压力块；18、上模垫板；19、上退料销；20、上模1；21、模型腔；22、小导柱；23、下模套；24、普通圆柱销a型；25、小导柱；26、浮动模板；27、垫片；28、导套；29、直通式压注油杯；30、压紧环；31、下退料销；32、下模板；33、工作台垫板；201、第一平模上模；202、第二平模上模；203、第一平模下模；204、第二平模下模；301、第一温锻成形上模；302、第二温锻成形上模；303、第三温锻成形上模；304、第四温锻成形上模；305、第一温锻成形下模；306、第二温锻成形下模；307、第三温锻成形下模；401、第一温锻整形上模；402、第二温锻整形上模；403、第三温锻整形上模；404、第四温锻整形上模；405、第一温锻整形下模；406、第二温锻整形下模；407、第三温锻整形下模；501、第一冷锻精整上模；502、第二冷锻精整上模；503、第一冷锻精整下模；504、第二冷锻精整下模；505、第三冷锻精整下模。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：参见图1所示，一种大规格直齿锥齿轮多步成型设备，包括上模座、下模座、以及置于上模座与下模座之间的同一直齿锥齿轮模具组，
所述同一直齿锥齿轮模具组包括齿轮不同加工过程中分别对应使用的平模模具、温锻成形模具、温锻整形模具和冷锻精整模具，
参见图2所示，所述平模模具包括平模凸模和平模凹模，所述平模凸模包括第一平模上模201、第二平模上模202，所述平模凹模包括第一平模下模203、第二平模下模204，
所述第一平模上模201为圆柱凸模，所述第二平模上模202为圆筒凸模，所述第一平模上模201卡接设于第二平模上模202内，
所述第一平模下模203为实心圆柱体，所述第二平模下模204为圆筒，所述第一平模下模203插设在第二平模下模204内；
参见图3所示，所述温锻成形模具包括温锻成形凸模和温锻成形凹模，所述温锻成形凸模包括同轴设置的第一温锻成形上模301、第二温锻成形上模302、第三温锻成形上模303和第四温锻成形上模304，所述温锻成形凹模包括同轴设置的第一温锻成形下模305、第二温锻成形下模306、第三温锻成形下模307，
所述第一温锻成形上模301为圆柱凸模，其下端部模型处直径等于齿轮安装孔内径，所述第一温锻成形上模卡接设于第二温锻成形上模内，
所述第二温锻成形上模302为圆筒凹模，其外端口处设有齿形模，齿形模的齿形尺寸为半成型尺寸，其内端口处设有齿轮安装孔模，所述第二温锻成形上模卡接设于第三温锻成形上模内，
所述第三温锻成形上模303为圆筒，所述第二温锻成形上模卡接设于第三温锻成形上模内，所述第三温锻成形上模卡接设于第四温锻成形上模内，
所述第四温锻成形上模304为圆筒，
所述第一温锻成形下模305为实心圆柱，其上端面中间设有凸出部分，所述凸出部分直径等于对应型号直齿锥齿轮轴径，其余凸出部分为直齿锥齿轮非工作地面形状模型，所述第一温锻成形下模插设于第二温锻成形下模内，
所述第二温锻成形下模306为圆筒，其内壁上端端面处有倒角，所述第二温锻成形下模插设于第三温锻成形下模内，
所述第三温锻成形下模307为圆筒；
参见图4，所述温锻整形模具包括温锻整形凸模和温锻整形凹模，所述温锻整形凸模包括同轴设置的第一温锻整形上模401、第二温锻整形上,402、第三温锻整形上模403和第四温锻整形上模404，所述温锻整形凹模包括同轴设置的第一温锻整形下模405、第二温锻整形下模406和第三温锻整形下模407，
所述第一温锻整形上模为圆柱凸模，其端部模型处的直径等于齿轮安装孔内径，所述第一温锻整形上模插设于第二温锻整形上模内，
所述第二温锻整形上模为圆筒凹模，其模型端设有齿轮非工作端模，所述第二温锻整形上模卡接设于第三温锻整形上模内，
所述第三温锻整形上模为圆筒，其模型端与第二温锻整形上模模型端工作时，两者共同构成齿轮非工作端面模型,所述第三温锻整形上模卡接设于第四温锻整形上模内，
所述第四温锻整形上模为圆筒，锻压过程中与第三温锻整形上模同步运动，保护第三温锻整形上模，
所述第一温锻整形下模为实心圆柱，其上端面中间设有第一凸出部分，凸出部分的直径等于待加工直齿锥齿轮轴径，在第一凸出部分的外围还设有第二凸出部分，第二凸出部分为直齿锥齿轮非工作地面形状模型，
所述第二温锻整形下模为圆筒，其内径等于第一温锻整形上模外径，第二温锻整形下模的模型端的尺寸与待加工齿轮工作面的理论尺寸相同，所述第一温锻整形下模设于所述第二温锻整形下模内，
所述第三温锻整形下模为圆筒，其内径等于第二温锻整形下模外径，所述第二温锻整形下模设于第三温锻整形下模内；
参见图5，所述冷锻精整模具包括冷锻精整凸模和冷锻精整凹模，所述冷锻精整凸模包括同轴设置的第一冷锻精整上,501和第二冷锻精整上模502，所述冷锻精整凹模包括同轴设置的第一冷锻精整下模503、第二冷锻精整下模504和第三冷锻精整下模505，
所述第一冷锻精整上模为圆筒凸模，其端部的模型端处设有齿轮非工作端模，
所述第二冷锻精整上模为圆筒，所述第一冷锻精整上模卡接设于第二冷锻精整上模内，锻压过程中与第一冷锻精整上模同步运动，保护第一冷锻精整上模，
所述第一冷锻精整下模为圆筒凹模，其模型端上端面中间设有凸出部分，凸出部分直径等于待加工齿轮轴径，模型端上端面外周还设有其余凸出部分，所述其余凸出部分为直齿锥齿轮非工作地面形状模型，
第二冷锻精整下模为圆筒，其内径小于第一冷锻精整下模的内径，所述第二冷锻精整下模外径与第一冷锻精整外径相等，且等于第三冷锻精整模内径，
所述第三冷锻精整下模为圆筒，内径和第一、第二冷锻精整模外径相等，所述第一冷锻精整下模设于第二冷锻精整下模上方，且第一、第二冷锻精整模均设于第三冷锻精整下模内。
本实施例中涉及到的卡接优选使用台阶卡接，举例说明如：第一温锻成形上模301的上端部设有凸出，对应第二温锻成形上模302的内部设有形状与第一温锻成形上模301上端部凸出形状相配合的凹陷；例如，第二温锻成形上模302的外壁上部设有凸出，第三温锻成形上模303的内壁上部设有形状相配合的凹陷，两者形成卡接。
本实施例中，所述上模座包括上模板16和同轴设置在上模板内的上模压力块17。
本实施例中，所述下模座包括大压力块1、下模压力块2、浮动模板26、压紧环30、弹簧3、浮动压力块4、下模板32、工作台垫板33，所述大压力块1同轴卡接设于下模板32内，所述大压力块为下模压力块和压紧环支撑部分，同轴固定于下模压力块和压紧环下方，限制二者向上下运动，所述压紧环30套设在下模压力块2上，且所述压紧环30的下端周向设有台阶，用于固定大压力块，所述浮动模板设于压紧环上方，所述浮动模板与压紧环通过滑杆连接，所述滑杆上套设有弹簧，作用为蓄能和缓冲，锻压过程中将浮动模板能量储存，上下模分离时，将下模恢复原位置，所述浮动压力块同轴与浮动模板设置，所述浮动压力块的外径等于浮动模板安装处的内径,浮动压力块的外径大于浮动模板的内径且小于浮动模板的外径，浮动压力块的高度小于浮动模板的高度，下模压力块为第一平模下模、第一温锻成形下模、第一温锻整形下模、以及第一冷锻精整下模的支撑部分，在不同锻造过程中限制对应下模向下运动，所述弹簧为压力环蓄能和缓冲部分，安装于压紧环于浮动模板连接的滑杆上，存储其它下模（除第一平模下模、第一温锻成形下模、第一温锻整形下模、以及第一冷锻精整下模的其它下模）传导的能量。
本实施例中，还设有模具保护装置，所述模具保护装置包括上模套15、下模套23和上模垫板18，所述上模垫板18固设与上模座的上方，所述上模板固设与上模座的下方，所述下模套23设在下模座上，所述上、下模套均为圆筒，在不同的加工过程中，所述上模套同轴固定设于同一直齿锥齿轮模具组中的对应的凸模的最外侧，所述下模套同轴固定设于同一直齿锥齿轮模具组中的对应的凹模的最外侧。
本实施例中，所述上退料销19、下退料销31为位于上、下模压力块中间的空心圆柱，退料销在温锻与冷锻过程中，会有一些废屑堵塞进上、下模中，该位置可以用来清理废屑等异物。本实施例中，所述小导柱25是圆柱导向元件，导套28套设在小导柱25上，该元件与浮动模板26相连接，确保浮动模板在竖直方向运动，直通式压注油杯29设置在浮动模板26的侧面，垫片27设置在小导柱的上端。
本实施例中，图1还设有导柱6、套设导柱6的导套9，小导柱22与下模套23连接，普通圆柱销a型24用于固定下模套23和浮动模板26，上模套15套设在上模最外面，其与上模板固定，大螺帽13、t型螺栓14为本实施例使用到的固定螺母。