[发明专利]圆柱直齿轮精成形方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种属于金属塑性精成形技术领域的方法，更确切地说，本发明涉及一种金属圆柱直齿轮精成形方法。

背景技术

齿轮是机械传动中的关键零件，特别是圆柱直齿轮，用量更大，用传统的切削加工技术，材料利用率和加工效率低、成本高，破坏了金属的纤维组织，降低了机械性能，对于中等尺寸和模数要求的圆柱直齿轮更是如此。在圆柱直齿轮塑性成形过程中，由于成形压力与齿形流变方向垂直，不利于变形金属的流动，这便大大增加了成形难度，成形载荷急剧上升，特别是齿形顶部难以充满、齿根部分易产生微裂纹。为了解决机械结构与液压系统的自调复合塑性成形设备，吉林大学申请了中国发明专利，其公告号为CN1290690C，公告日为2006年12月20日，专利号为ZL200410010699.6，发明名称为“上下均为双动的可调式液压机”。由于该液压机设计了主缸和气液储能器的上复合成形结构、下活动横梁和顶出缸的下复合成形结构，而且上下压边力均可调，特别适用于圆柱直齿轮的镦压挤胀复合精成形，如图6所示。在圆柱直齿轮成形时，先将齿坯置于工作台上的凹模中，启动上下均为双动的可调式液压机，主缸活塞下移，推动上活动横梁，经压边缸柱塞推动滑块下移，经滑块作用在初成形上镦压凸模上，与设在下活动横梁上的初成形下镦压凸模同时实现压边功能，当压边模的压力达到设定值时，由于气液储能器内部压力的气液协调作用，一方面主缸活塞继续推动上活动横梁下移，同时使初成形上挤胀凸模下移；另一方面，设在顶出缸柱塞上的初成形下挤胀凸模在顶出缸的作用下上移，初成形上挤胀凸模和初成形下挤胀凸模同时压入圆柱坯料的中心，使圆柱坯料外胀，作用在齿坯胀形力的方向与齿坯齿形的流变方向一致，这便大大降低了齿轮的成形载荷，从而显著降低了液压机的设备吨位。虽然“上下均为双动的可调式液压机”解决了圆柱直齿轮塑性成形的设备问题，但是随着成形齿轮机械性能和尺寸精度要求的进一步提高，急需结合成形设备对工艺进行创新，以达到工艺和设备的最佳配合，满足中等模数和尺寸要求圆柱直齿轮的塑性精成形。

随着现代制造技术和加工技术的发展，工件的形状越来越复杂，材料利用率的要求越来越高，在塑性成形这些工件时，首先需根据塑性变形体积不变定律解决精确下料问题。为此，吉林大学申请了中国发明专利，其公告号为CN1181318C，公告日为2004年12月22日，专利号为ZL01138762.9，发明名称为“任意形状工件的体积测量仪”,如图7所示。由于待测工件的比重大于水，待测工件装在尼龙网中，直接悬挂在尼龙丝的末端，并作用在拉力传感器上，根据拉力传感器所测数据，并依据阿基米德原理，便可精确测得复杂工件的体积。

在中高温和中低温条件下，金属和合金的氧化影响虽然大大减小，但氧化不仅浪费了原材料、污染环境，而且严重影响成形件的尺寸精度、表面质量和模具使用寿命，对于黑色金属和合金更是如此。为了防止中高温或中低温氧化，吉林大学申请了中国发明专利，其公告号为CN1260023C，公告日为2006年6月21日，专利号为ZL200410010994.1，发明名称为“热塑性精成形氮气保护防氧化系统”,如图8所示。热塑性精成形氮气保护防氧化系统由氮气动态密封装置、冷却通道保护氮气室、循环水冷套、循环水泵组成，氮气冷却通道的前后两端为氮气动态密封前进气环和氮气动态密封后进气环，沿氮气动态密封前进气环和氮气动态密封后进气环的内圆周均匀地设有向轴线倾斜的氮气动态密封前进气环喷气小孔、氮气动态密封后进气环喷气小孔，一路氮气通过冷却通道氮气动态密封前进气管和冷却通道氮气动态密封后进气管分别输入氮气动态密封前进气环和氮气动态密封后进气环，对氮气冷却通道实施动态密封；另一路由冷却通道保护氮气室进气管进入冷却通道保护氮气室，冷却通道保护氮气室的外周为循环水冷套，循环水泵与循环水冷套连通，从而实现工件的氮气保护与冷却，精成形后的工件在冷却通道保护氮气室中冷至室温。

综上可知，虽然吉林大学申请的三项发明专利（ZL200410010699.6，ZL01138762.9，ZL200410010994.1）有助于圆柱直齿轮的塑性精成形，但是将这些申请了发明专利的设备综合用于圆柱直齿轮温塑性精成形的工艺，并使设备和工艺得到最佳配合，尚存在亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的设备与工艺不相协调的问题，提供了一种金属圆柱直齿轮精成形方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的圆柱直齿轮精成形方法的步骤如下：

1.确定齿轮的圆柱坯料尺寸并按尺寸下料：