CN114700702B - 高速热镦锻行星半轴齿轮的成形工艺 - Google Patents

高速热镦锻行星半轴齿轮的成形工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高速热镦锻行星半轴齿轮的成形工艺，该工艺的具体步骤包括：下料、感应加热、剪切、坯料整形、工位镦粗和终成形，解决哈机热锻成形伞齿轮时由于切断端面的毛刺、塌角、切刀痕及两端面不平行、外圆变形等不良对齿面成形可能带来的缺陷。

Description

高速热镦锻行星半轴齿轮的成形工艺
技术领域
本发明涉及冷挤压锻造领域，具体是一种高速热镦锻行星半轴齿轮的成形工艺。
背景技术
行星、半轴齿轮是差速器的主要部件，起着传递动力并允许左右半轴及车轮或前后驱动桥以不同的转速旋转。由于行星及半轴齿轮尺寸较小，精度要求非常。高。
现有技术中，行星、半轴齿轮多采用冷锻、温锻等工艺，冷锻成形时一般采用机械压力机或液压机，温锻成形可采用螺旋压力机、机械压力机。无论是冷锻还是温锻工艺，现有的行星半轴齿轮锻造方法都是采用立式压力机进行锻造成形，生产节拍最高只能达到40spm。但由于加热温度高，容易产生脱碳以及热膨胀等问题，降低了产品的尺寸精度和表面质量，一般需要在冷锻、温锻等工艺之后再次进行车削加工和冷精整来达到最终产品的要求。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术的不足,本发明提供了一种高速热镦锻行星半轴齿轮的成形工艺，该工艺可大幅度提高生产效率及模具寿命，解决了哈机热锻成形伞齿时切料不良端面对齿面成形的影响。
技术方案：为了实现以上目的，本发明所述的一种高速热镦锻行星半轴齿轮的成形工艺，其特征在于，该工艺的具体步骤如下：
步骤一：下料
采用圆盘锯对坯料进行锯断下料得到坯件；
步骤二：感应加热
将坯件放入感应加热炉内进行锻前加热,整个坯件被放入炉膛后加热40s～45s后取出进入剪切工序；
步骤三：剪切
将加热后的坯件放在挡料块和固定刀之间，通过移动刀板将坯件切断至限定尺寸；
步骤四：坯料整形
将剪切后的坯件放入整形模具内进行两端及外圆的整形，得到两端面平行、外圆规整且没有塌角的圆锥体；
放入阴模内的坯件的一端与顶出器相抵，夹持杆以及套设在夹持杆外侧的阳模冲头挤压坯件的另一端实现坯件的两个端面及外圆的整形；由于剪切下来的坯件的两端面会出现毛刺、塌角、切刀痕及两端面不平行、外圆变形等缺陷。切断的坯件如不经过坯料整形工序，坯件的两端面不平行，在镦粗时夹持杆将两端面不平行的坯料推入镦粗阴模模腔后会歪斜，再加上外圆变形、塌角等缺陷使镦粗后的圆锥面两侧不均匀。为保证下一工位镦粗时得到一个较均匀的圆锥面，此工位利用闭式模锻在模具型腔内将塌角、两端不平行及外圆变形缺陷整形成两端面平行、外圆规整且没有塌角的圆锥体；
步骤五：工位镦粗
通过夹钳将整形后的坯件放入镦粗模具中进行镦粗工序，经镦粗工序后的坯件设有圆锥面；
镦粗夹持杆与镦粗顶出器通过两顶尖装夹的方式将整形好的坯件推入阴模的模腔底部，镦粗阳模冲头向坯件的方向移动，将整形好的坯件在被镦粗的同时，将靠近镦粗阳模冲头侧的坯件的端面收缩至圆锥面内，冲头头部内孔圆锥面就是用来成形的，是接触的；
由于坯件在被镦粗的同时，在靠近镦粗阳模冲头侧的坯件的端面被收缩至圆锥面内，使切料端面上的切刀痕、毛刺等缺陷限制在此范围的圆锥面内，为下一工位终成形齿形时提供了有效的成形锥面，使这些带有切料缺陷的表面材料不会流至最终的成形齿面上。同时此工位采用闭式模锻，使镦粗后的锻件外圆有一段直段，便于机械手夹持。而模具形腔底部的锥面则作为坯料的定位。如采用开式模锻，外圆没有约束，镦出的鼓形机械手无法夹持
步骤六：终成形
通过夹钳将镦粗后的坯件放入终成形模具中进行终成形齿形；
在终成形夹持杆的外侧依次套设阳模内冲头和阳模齿冲头，推动终成形夹持杆将坯件推入终成形阴模内，阳模内冲头向终成形阴模方向移动从而压缩终成形夹持杆，阳模齿冲头和阳模内冲头同时对坯件进行挤压，得到最终需要的行星半轴齿轮热锻件；
所述的阳模齿冲头内孔处设有与镦粗工位形状相同的圆锥内孔。
所述的圆锥内孔用来储存镦粗工位已经成形的一段圆锥，使此圆锥面的表面材料不往最终成形的齿面流动，这样得到的最终伞齿轮热锻件上就会留有一个储藏不良端面的工艺台阶，此工艺台阶可通过后续车削工序祛除。伞齿热锻件阴模侧端面设计成平面，可以简化模具结构，同时有利于工件的顶出，锻件不会粘在顶出器上。有了此工艺台阶可以实现在哈机上热锻成型伞齿轮，大大提高了生产效率，生产节拍可达到100spm，远远超过了立式压机的生产节拍40spm，同时使用热锻成形工艺成形载荷降低，提高了模具使用寿命。
作为本发明的进一步优选，步骤一中，坯件外圆公差为±0.05mm。
作为本发明的进一步优选，步骤二中，坯件在感应加热炉内的加热温度为1180℃～1250℃。
作为本发明的进一步优选，步骤三中，所述的限定尺寸为75mm以内，坯件的重量公差为±10g。
作为本发明的进一步优选，步骤四中，所述的圆锥体状坯件的锥度为80°～85°。
作为本发明的进一步优选，步骤五中，所述的顶出器和镦粗夹持杆分别与坯件的小端面和大端面相抵。
作为本发明的进一步优选，步骤五中，所述的阴模的模腔底部直径是坯件小端面的1.03倍～1.05倍，镦粗阳模冲头的直径是坯件大端面的1.08倍～1.1倍。
作为本发明的进一步优选，步骤五中，所述的圆锥面的角度为50°～70°，圆锥高度为2.5mm～3mm。
作为本发明的进一步优选，步骤六中，所述的圆锥内孔尺寸是镦粗工位坯件尺寸的1.09倍～1.1倍。
有益效果：本发明所述的一种高速热镦锻行星半轴齿轮的成形工艺，该工艺大幅提高生产效率及模具寿命，解决哈机热锻成形伞齿轮时由于切断端面的毛刺、塌角、切刀痕及两端面不平行、外圆变形等不良对齿面成形可能带来的缺陷。
附图说明
图1为坯件在各个工序后的结构示意图；
图2为坯件在剪切状态的全剖视图；
图3为整形模具的工作状态示意图；
图4为镦粗模具的工作状态示意图；
图5为终成形模具的工作状态示意图；
图6为行星半轴齿轮热锻件成品的主视图；
图7为阳模冲头的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
如附图所示，本发明所述的一种高速热镦锻行星半轴齿轮的成形工艺，该工艺的具体步骤包括：下料、感应加热、剪切、坯料整形、工位镦粗和终成形，如图1所示。
实施例1
步骤一：下料
采用圆盘锯对坯料进行锯断下料得到坯件10，坯件10的外圆公差为﹢0.05mm；
步骤二：感应加热
将坯件10放入感应加热炉内进行锻前加热,整个坯件10被放入炉膛后加热40s后取出进入剪切工序，坯件10在感应加热炉内的加热温度为1180℃；
步骤三：剪切
将加热后的坯件10放在挡料块1和固定刀3之间，通过移动刀板2将坯件10切断至限定尺寸，所述的限定尺寸为75mm以内，坯件10的重量公差为﹢10g，如图2所示；
步骤四：坯料整形
将剪切后的坯件10放入整形模具内进行两端及外圆的整形，得到两端面平行、外圆规整且没有塌角的圆锥体，所述的圆锥体状坯件10的锥度为80°，如图3所示；
放入阴模4内的坯件10的一端与顶出器5相抵，夹持杆7以及套设在夹持杆7外侧的阳模冲头6挤压坯件10的另一端实现坯件10的两个端面及外圆的整形；
步骤五：工位镦粗
通过夹钳将整形后的坯件10放入镦粗模具中进行镦粗工序，经镦粗工序后的坯件10设有圆锥面30，圆锥面30的角度为50°，圆锥高度为2.5mm；
镦粗夹持杆12与镦粗顶出器8通过两顶尖装夹的方式将整形好的坯件10推入阴模9的模腔底部，镦粗阳模冲头11向坯件10的方向移动，将整形好的坯件10在被镦粗的同时，将靠近镦粗阳模冲头11侧的坯件10的端面收缩至圆锥面30内，所述的镦粗顶出器8和镦粗夹持杆12分别与坯件10的小端面和大端面相抵，所述的阴模9的模腔底部直径是坯件10小端面的1.03倍，镦粗阳模冲头11的直径是坯件10大端面的1.08倍，如图4、图7所示。
步骤六：终成形
通过夹钳将镦粗后的坯件10放入终成形模具中进行终成形齿形，如图5所示；
在终成形夹持杆17的外侧依次套设阳模内冲头16和阳模齿冲头15，推动终成形夹持杆17将坯件10推入终成形阴模14内，阳模内冲头16向终成形阴模14方向移动从而压缩终成形夹持杆17，阳模齿冲头15和阳模内冲头16同时对坯件10进行挤压，得到最终需要的行星半轴齿轮热锻件，如图6所示；
所述的阳模齿冲头15内孔处设有与镦粗工位形状相同的圆锥内孔20，圆锥内孔尺寸是镦粗工位坯件10尺寸的1.09倍。
实施例2
步骤一：下料
采用圆盘锯对坯料进行锯断下料得到坯件10，坯件10的外圆公差为﹢0.01mm；
步骤二：感应加热
将坯件10放入感应加热炉内进行锻前加热,整个坯件10被放入炉膛后加热43s后取出进入剪切工序，坯件10在感应加热炉内的加热温度为1200℃；
步骤三：剪切
将加热后的坯件10放在挡料块1和固定刀3之间，通过移动刀板2将坯件10切断至限定尺寸，所述的限定尺寸为75mm以内，坯件10的重量公差为﹢10g，如图2所示；
步骤四：坯料整形
将剪切后的坯件10放入整形模具内进行两端及外圆的整形，得到两端面平行、外圆规整且没有塌角的圆锥体，所述的圆锥体状坯件10的锥度为83°，如图3所示；
放入阴模4内的坯件10的一端与顶出器5相抵，夹持杆7以及套设在夹持杆7外侧的阳模冲头6挤压坯件10的另一端实现坯件10的两个端面及外圆的整形；
步骤五：工位镦粗
通过夹钳将整形后的坯件10放入镦粗模具中进行镦粗工序，经镦粗工序后的坯件10设有圆锥面30，圆锥面30的角度为60°，圆锥高度为2.8mm；
镦粗夹持杆12与镦粗顶出器8通过两顶尖装夹的方式将整形好的坯件10推入阴模9的模腔底部，镦粗阳模冲头11向坯件10的方向移动，将整形好的坯件10在被镦粗的同时，将靠近镦粗阳模冲头11侧的坯件10的端面收缩至圆锥面30内，所述的顶出器8和镦粗夹持杆12分别与坯件10的小端面和大端面相抵，所述的阴模9的模腔底部直径是坯件10小端面的1.04倍，镦粗阳模冲头11的直径是坯件10大端面的1.09倍，如图4、图7所示。
步骤六：终成形
通过夹钳将镦粗后的坯件10放入终成形模具中进行终成形齿形，如图5所示；
在终成形夹持杆17的外侧依次套设阳模内冲头16和阳模齿冲头15，推动终成形夹持杆17将坯件10推入终成形阴模14内，阳模内冲头16向终成形阴模14方向移动从而压缩终成形夹持杆17，阳模齿冲头15和阳模内冲头16同时对坯件10进行挤压，得到最终需要的行星半轴齿轮热锻件，如图6所示；
所述的阳模齿冲头15内孔处设有与镦粗工位形状相同的圆锥内孔20，圆锥内孔尺寸是镦粗工位坯件10尺寸的1.09倍。
实施例3
步骤一：下料
采用圆盘锯对坯料进行锯断下料得到坯件10，坯件10的外圆公差为-0.05mm；
步骤二：感应加热
将坯件10放入感应加热炉内进行锻前加热,整个坯件10被放入炉膛后加热45s后取出进入剪切工序，坯件10在感应加热炉内的加热温度为1250℃；
步骤三：剪切
将加热后的坯件10放在挡料块1和固定刀3之间，通过移动刀板2将坯件10切断至限定尺寸，所述的限定尺寸为75mm以内，坯件10的重量公差为-10g，如图2所示；
步骤四：坯料整形
将剪切后的坯件10放入整形模具内进行两端及外圆的整形，得到两端面平行、外圆规整且没有塌角的圆锥体，所述的圆锥体状坯件10的锥度为85°，如图3所示；
放入阴模4内的坯件10的一端与顶出器5相抵，夹持杆7以及套设在夹持杆7外侧的阳模冲头6挤压坯件10的另一端实现坯件10的两个端面及外圆的整形；
步骤五：工位镦粗
通过夹钳将整形后的坯件10放入镦粗模具中进行镦粗工序，经镦粗工序后的坯件10设有圆锥面30，圆锥面30的角度为70°，圆锥高度为3mm；
镦粗夹持杆12与镦粗顶出器8通过两顶尖装夹的方式将整形好的坯件10推入阴模9的模腔底部，镦粗阳模冲头11向坯件10的方向移动，将整形好的坯件10在被镦粗的同时，将靠近镦粗阳模冲头11侧的坯件10的端面收缩至圆锥面30内，所述的镦粗顶出器8和镦粗夹持杆12分别与坯件10的小端面和大端面相抵，所述的阴模9的模腔底部直径是坯件10小端面的1.05倍，镦粗阳模冲头11的直径是坯件10大端面的1.1倍，如图4、图7所示。
步骤六：终成形
通过夹钳将镦粗后的坯件10放入终成形模具中进行终成形齿形，如图5所示；
在终成形夹持杆17的外侧依次套设阳模内冲头16和阳模齿冲头15，推动终成形夹持杆17将坯件10推入终成形阴模14内，阳模内冲头16向终成形阴模14方向移动从而压缩终成形夹持杆17，阳模齿冲头15和阳模内冲头16同时对坯件10进行挤压，得到最终需要的行星半轴齿轮热锻件，如图6所示；
所述的阳模齿冲头15内孔处设有与镦粗工位形状相同的圆锥内孔20，圆锥内孔尺寸是镦粗工位坯件10尺寸的1.1倍。

Claims (9)

1.一种高速热镦锻行星半轴齿轮的成形工艺，其特征在于，该工艺的具体步骤如下：
步骤一：下料
采用圆盘锯对坯料进行锯断下料得到坯件(10)；
步骤二：感应加热
将坯件(10)放入感应加热炉内进行锻前加热,整个坯件(10)被放入炉膛后加热40s～45s后取出进入剪切工序；
步骤三：剪切
将加热后的坯件(10)放在挡料块(1)和固定刀(3)之间，通过移动刀板(2)将坯件(10)切断至限定尺寸；
步骤四：坯料整形
将剪切后的坯件(10)放入整形模具内进行两端及外圆的整形，得到两端面平行、外圆规整且没有塌角的圆锥体；
放入阴模(4)内的坯件(10)的一端与顶出器(5)相抵，夹持杆(7)以及套设在夹持杆(7)外侧的阳模冲头(6)挤压坯件(10)的另一端实现坯件(10)的两个端面及外圆的整形；
步骤五：工位镦粗
通过夹钳将整形后的坯件(10)放入镦粗模具中进行镦粗工序，经镦粗工序后的坯件(10)设有圆锥面(30)；
镦粗夹持杆(12)与镦粗顶出器(8)通过两顶尖装夹的方式将整形好的坯件(10)推入阴模(9)的模腔底部，镦粗阳模冲头(11)向坯件(10)的方向移动，将整形好的坯件(10)在被镦粗的同时，将靠近镦粗阳模冲头(11)侧的坯件(10)的端面收缩至圆锥面(30)内；
步骤六：终成形
通过夹钳将镦粗后的坯件(10)放入终成形模具中进行终成形齿形；
在终成形夹持杆(17)的外侧依次套设阳模内冲头(16)和阳模齿冲头(15)，推动终成形夹持杆(17)将坯件(10)推入终成形阴模(14)内，阳模内冲头(16)向终成形阴模(14)方向移动从而压缩终成形夹持杆(17)，阳模齿冲头(15)和阳模内冲头(16)同时对坯件(10)进行挤压，得到最终需要的行星半轴齿轮热锻件；
所述的阳模齿冲头(15)内孔处设有与镦粗工位形状相同的圆锥内孔(20)。
2.根据权利要求1所述的高速热镦锻行星半轴齿轮的成形工艺，其特征在于：步骤一中，坯件(10)的外圆公差为±0.05mm。
3.根据权利要求1所述的高速热镦锻行星半轴齿轮的成形工艺，其特征在于：步骤二中，坯件(10)在感应加热炉内的加热温度为1180℃～1250℃。
4.根据权利要求1所述的高速热镦锻行星半轴齿轮的成形工艺，其特征在于：步骤三中，所述的限定尺寸为75mm以内，坯件(10)的重量公差为±10g。
5.根据权利要求1所述的高速热镦锻行星半轴齿轮的成形工艺，其特征在于：步骤四中，圆锥体状坯件(10)的锥度为80°～85°。
6.根据权利要求1所述的高速热镦锻行星半轴齿轮的成形工艺，其特征在于：步骤五中，所述的镦粗顶出器(8)和镦粗夹持杆(12)分别与坯件(10)的小端面和大端面相抵。
7.根据权利要求6所述的高速热镦锻行星半轴齿轮的成形工艺，其特征在于：步骤五中，所述的阴模(9)的模腔底部直径是坯件(10)小端面的1.03倍～1.05倍，镦粗阳模冲头(11)的直径是坯件(10)大端面的1.08倍～1.1倍。
8.根据权利要求1所述的高速热镦锻行星半轴齿轮的成形工艺，其特征在于：步骤五中，所述的圆锥面(30)的角度为50°～70°，圆锥高度为2.5mm～3mm。
9.根据权利要求1所述的高速热镦锻行星半轴齿轮的成形工艺，其特征在于：步骤六中，所述的圆锥内孔尺寸是镦粗工位坯件(10)尺寸的1.09倍～1.1倍。
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