[发明专利]一种锥齿轮的精密塑性成形方法

说明书

本发明公开了一种锥齿轮的精密塑性成形方法，属于金属塑性成形技术领域。所述方法包括如下步骤：获取锥齿轮精锻件的表征参数；通过所述表征参数获得锥齿轮精锻件的大端和小端的波浪线参数；根据所述波浪线参数进行预锻模具的制造；将圆柱体坯料放入所述预锻模具中进行闭式模锻获得预成形件；将所述预成形件置入终锻模具中进行齿形部位的闭塞镦挤成形，得到具有完整齿形的锥齿轮精锻件。本发明提高了金属充填能力，减少了金属充填载荷需求，降低了模具受力，提高了模具寿命。

技术领域

本发明属于金属塑性成形技术领域，具体涉及一种锥齿轮的精密塑性成形方法。

背景技术

锥齿轮可以实现轴线相交的传动，广泛应用于汽车、机械、机床的传动系统中。传统的制造方法是采用棒料制坯或模锻制坯，然后用仿形铣削法、展成刨齿法等进行齿形的切削加工。采用切削加工进行锥齿轮的生产，需要逐齿成形，不仅生产效率低，材料利用率低；而且切削加工使得轧制获得的棒坯或者模锻坯料的金属流线被切断，降低了锥齿轮的抗疲劳强度和使用寿命。

而塑性成形方法是通过压力机迫使金属在模具内流动获取高精度齿形，采用精密锻造工艺获得的锥齿轮，不仅能充分利用材料，生产效率高，而且避免了切削加工对金属纤维的切断，金属流线沿齿廓分布，相对于切削加工生产的锥齿轮抗疲劳强度有着较大提升。因此，锥齿轮的精密塑性成形方法得到了广泛应用，目前国内外较多运用的是闭塞锻造工艺。

在用闭塞锻造工艺生产锥齿轮时，金属在凸模和凹模组成的封闭型腔内流动。由于锥齿轮的形状在径向和轴向均有较大变化，采用圆柱形坯料直接终锻成形经常会导致金属向模腔各部位流动不均匀，使得齿形充填不完整。加大压力机载荷可以提高齿形充填，但会导致金属变形超出极限，锻件沿齿向会出现开裂，模具受力也随之增大，寿命急剧降低。

增加预成形件可以将圆柱坯料预先成形为接近于终锻件的形状，在将预成形件放入终锻模具进行成形时金属流动距离短、变形均匀、充填饱满，能有效提高锥齿轮锻件产品质量，提高模具寿命。虽然增加了一副模具和设备，但能获取高精度的锥齿轮锻件，齿面仅需磨削即可应用，因此是有效的一种成形工艺。

但预成形件形状的设计是上述工艺的难点。对于预成形件的形状，既要保证由圆柱体坯料成形为预成形件的可行性，又要保证预成形件放入终锻模具时的充填能力。因此要求预成形件形状较简单同时又要接近于终锻件。对于锥齿轮零件，沿径向齿形的截面不断变化，绕轴向有周期的齿顶、齿根起伏，产品形状复杂。其预成形件的设计目前靠经验进行，没有系统完善的设计方法。

公开号CN102563010B的发明给出了内孔具有对称内圆头平键槽结构的伞齿轮的精锻方法和模具冲头，提出了预成形后精锻的工艺，其预成形件直接设计为齿形毛坯，后续通过粗成形、抛丸和精成形提高齿形精度。该方法对于金属的流动充填、模具受力情况的改善没有作用，只是通过在预成形件上增加了键槽定位坑，以便于在精成形时坯料的精确定位。

公开号为CN107252829A的发明给出了一种锥齿轮轴的精密近净成形工艺及装置，给出了根据锥齿轮轴的齿锥角和轴台阶的形状初步预成形锥毛坯。其锥毛坯锥形部位按锥齿轮轴的齿锥角而定，未考虑锥齿轮大端和小端截面的不同对成形时金属流动的影响，导致金属在径向上会有较多流动，增大了模具受力和模具的磨损。在该发明中是通过设置透气分流孔控制金属向内、外的流动，透气分流孔的直径依据经验而得。过大会导致锥齿轮充填不满，过小会导致模具开裂。预成形毛坯也未考虑锥齿轮精锻件绕轴向有周期的起伏特征。

舒其复、池成忠、陈翔、谢文智、伍太宾、陈晓伟等均给出了渐开线齿形截面积的计算公式，可以计算任意节锥处的轮齿面积，提出可以作为设计预锻毛坯形状的基础。但该公式是垂直于节锥方向建立而不是垂直于齿轮的径向，公式复杂、应用不便，而且只是齿形部位的截面积，未考虑除了轮齿之外的齿轮形状。

发明内容