齿轮径向旋锻成形装置及方法

摘要

齿轮径向旋锻成形装置及方法，它涉及一种齿轮成形装置及方法，以解决传统精锻齿轮采用轴向整体加载，存在成形精度低，所需载荷大的问题。装置：旋锻模1上的数个圆弧凹槽和数个凸起交替设置，底部套装有弹簧的径向冲头分别放入各阶梯孔中，径向冲头和导向模的组件设置在旋锻模中。方法：一、待加工坯料套装在芯轴上；二、旋锻模顺时针或逆时针旋转1/2N圈；三、旋转过程中，凸起对圆弧头部施加压力，径向冲头沿阶梯孔逐渐向芯轴的轴心运动；四、当旋锻模旋转至凸起处中心与径向冲头轴心重合时，即成形结束；五、旋锻模继续顺时针或逆时针旋转1/2N圈，径向冲头退回到初始位置，即可取出锻制完成的齿轮零件。本发明用于齿轮成形。

权利要求

1.一种齿轮径向旋锻成形装置，其特征在于：所述装置包括旋锻模（1）、弹簧（3）、导向模（5）、芯轴（6）和数个径向冲头（2），旋锻模（1）的内壁沿圆周均布设有数个圆弧凹槽（1-1）和数个凸起（1-2），数个圆弧凹槽（1-1）和数个凸起（1-2）交替设置，圆弧凹槽（1-1）的数量与径向冲头（2）的数量相同，径向冲头（2）的一端为圆弧头部（2-1），径向冲头（2）的另一端以径向冲头（2）的轴心线为基准对称设有向内凹的凹弧（2-2），所述导向模（5）上沿圆周均布设有与径向冲头（2）数量相等的阶梯孔（5-1），底部套装有弹簧（3）的径向冲头（2）分别放入各阶梯孔（5-1）中，弹簧（3）、径向冲头（2）和导向模（5）的组件设置在旋锻模（1）中，且径向冲头（2）上的圆弧头部（2-1）设置在相应的圆弧凹槽（1-1）中。

2.根据权利要求1所述齿轮径向旋锻成形装置，其特征在于：所述凹弧（2-2）的弧度与待加工齿轮齿廓的弧度相同。

3.一种利用权利要求1所述装置实现齿轮径向旋锻成形方法，所述方法是通过以下步骤实现的：

步骤一、将待加工圆环状坯料（4）套装在芯轴（6）上；

步骤二、将旋锻模（1）顺时针或逆时针旋转1/2N圈，N为冲头数量；

步骤三、旋转过程中，旋锻模（1）上的凸起（1-2）对圆弧头部（2-1）施加压力，径向冲头（2）沿导向模（5）的阶梯孔（5-1）逐渐向芯轴（6）的轴心运动，在弹簧（3）被压紧的同时，径向冲头（2）对坯料（4）施加了径向压力；

步骤四、当旋锻模（1）旋转至凸起（1-2）处中心与径向冲头（2）轴心重合时，即为一个坯料的成形结束；

步骤五、将旋锻模继续顺时针或逆时针旋转1/2N圈，即旋锻模（1）旋转至圆弧凹槽（1-1）处中心与径向冲头（2）轴心重合时，导向模（5）的阶梯孔（5-1）内的径向冲头（2）被逐渐伸长的弹簧（3）退回到初始位置，即可取出锻制完成的齿轮零件。

说明书

齿轮径向旋锻成形装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种齿轮成形装置及方法，具体涉及一种齿轮径向旋锻成形装置及方法。

背景技术

[0002] 齿轮是汽车变速箱及各类机械动力传递系统中的重要部件之一。齿轮质量及性能的好坏对整个系统运行的稳定性和可靠性都有着决定性的影响，因此，齿轮加工方法的研究及综合性能的提高一直以来都是业内人士广泛关注的焦点问题。齿轮传统制造时主要以切削加工为主，但材料利用率不高、生产效率低及成本高等瓶颈问题难以满足当前生产企业和用户的实际需求。

[0003] 齿轮精锻是一种少或无切削的加工的方法，精锻技术在很大程度上实现了近净成形的加工目标，不仅较传统方法减少了后工序的机械加工余量，达到了节能减排等实效，同时可使制品内部组织致密、流线分布合理，明显改善齿轮根部的弯曲强度及疲劳性能。随着齿轮精锻技术被业内逐渐认可及推崇，闭式模锻、浮动凹模法、分流法等齿轮锻造成形法逐渐被提出，目前，欧美及日本等国家在齿轮精锻技术方面的优势一直保持着世界领先。英国学者T.A.Dean教授根据浮动凹模精锻空心件原理设计出不同模具方案，分析了无飞边模锻时的一般性工艺问题。日本学者采用分流原理冷精锻成形了直齿圆柱齿轮，通过在齿轮非工作面设置溢流口使成形过程中始终有分流行为，进而显著降低了整体成形载荷。国内学者则采用热精锻与冷挤压复合工艺，即把热锻成形的齿轮进行冷挤压精整，不仅延长了圆柱齿轮热锻模寿命，并提高了齿轮精度。

[0004] 由于工艺自身特点所限，现有齿轮精锻技术仍存在着有待改善或提高的方面。以直齿圆柱齿轮精锻为例，热温锻时材料的成形性能较好，但能耗较大、材料利用率低且精度不易保证；冷锻法获得的精度较高、能耗小，而成形难度和变形抗力均较大，对设备和模具的要求都很高；分流法可降低成形载荷并提高齿部充填能力，但成形过程复杂且需增加预钻孔等辅助工序。高效低耗的齿轮加工及成形方法的研究仍是当前相关从业人员不断探索和尝试的重要方向。

发明内容

[0005] 本发明为解决传统精锻齿轮采用轴向整体加载，存在成形精度低，所需载荷大的问题，而提供了一种齿轮径向旋锻成形装置及方法。

[0006] 本发明是通过以下技术方案实现的：

[0007] 装置：齿轮径向旋锻成形装置包括旋锻模、弹簧、导向模、芯轴和数个径向冲头，旋锻模的内壁沿圆周均布设有数个圆弧凹槽和数个凸起，数个圆弧凹槽和数个凸起交替设置，圆弧凹槽的数量与径向冲头的数量相同，径向冲头的一端为圆弧头部，径向冲头的另一端以径向冲头的轴心线为基准对称设有向内凹的凹弧，所述导向模上沿圆周均布设有与径向冲头数量相等的阶梯孔，底部套装有弹簧的径向冲头分别放入各阶梯孔中，弹簧、径向冲头和导向模的组件设置在旋锻模中，且径向冲头上的圆弧头部设置在相应的圆弧凹槽中。

[0008] 方法：所述方法是通过以下步骤实现的：

[0009] 步骤一、将待加工圆环状坯料套装在芯轴上；

[0010] 步骤二、将旋锻模顺时针或逆时针旋转1/2N圈，N为冲头数量；

[0011] 步骤三、旋转过程中，旋锻模上的凸起对圆弧头部施加压力，径向冲头沿导向模的阶梯孔逐渐向芯轴的轴心运动，在弹簧被压紧的同时，径向冲头对坯料施加了径向压力；

[0012] 步骤四、当旋锻模旋转至凸起处中心与径向冲头轴心重合时，即为一个坯料的成形结束；

[0013] 步骤五、将旋锻模继续顺时针或逆时针旋转1/2N圈，即旋锻模旋转至圆弧凹槽处中心与径向冲头轴心重合时，导向模的阶梯孔内的径向冲头被逐渐伸长的弹簧退回到初始位置，即可取出锻制完成的齿轮零件。

[0014] 本发明与现有相比具有以下有益效果：

[0015] 一、本发明的创新之处在于突破了传统齿轮精锻技术采用轴向加载的固定成形模式，取而代之的是采用与齿轮模数相同数量的冲头进行同步径向加载，解决了成形精度和载荷均较低等技术难题。

[0016] 二、利用本发明的装置和方法对齿轮进行成形加工，可一次成形出所需齿轮制品的整体结构而无需辅助加工工序。

[0017] 三、齿部成形时无需充填复杂的型腔结构，成形精度和齿部强度都明显提高。

[0018] 四、工艺流程显著缩短、成本较低、材料利用率提高了20%～50%。

[0019] 五、通过更换不同形状、尺寸和数量的冲头及相应的导向模，可直接成形出对应模数及形状的齿轮。

[0020] 六、本发明装置结构简便易行，可靠性强，技术成熟度高，易于在生产中实施、推广和应用。

附图说明

[0021] 图1是齿轮径向旋锻成形装置的整体结构主剖视图；

[0022] 图2是导向模5的结构主剖视图；

[0023] 图3是径向冲头2的结构主视图；

[0024] 图4是旋锻模1的结构主剖视图；

[0025] 图5是具体实施方式一的步骤四中成形齿轮过程中的工作状态示意图；

[0026] 图6是具体实施方式一的步骤五中成形齿轮过程结束后的工作状态示意图。

具体实施方式

[0027] 具体实施方式一：结合图1～图4说明本实施方式，本实施方式包括旋锻模1、弹簧3、导向模5、芯轴6和数个径向冲头2，旋锻模1的内壁沿圆周均布设有数个圆弧凹槽1-1和数个凸起1-2，数个圆弧凹槽1-1和数个凸起1-2交替设置，圆弧凹槽1-1的数量与径向冲头2的数量相同，径向冲头2的一端为圆弧头部2-1，径向冲头2的另一端以径向冲头2的轴心线为基准对称设有向内凹的凹弧2-2，所述导向模5上沿圆周均布设有与径向冲头2数量相等的阶梯孔5-1，底部套装有弹簧3的径向冲头2分别放入各阶梯孔5-1中，弹簧3、径向冲头2和导向模5的组件设置在旋锻模1中，且径向冲头2上的圆弧头部2-1设置在相应的圆弧凹槽1-1中。导向模5对放置其内的径向冲头2起到了固定和导向作用。

[0028] 具体实施方式二：结合图3和图5说明本实施方式，本实施方式的凹弧2-2的弧度与待加工齿轮齿廓的弧度相同。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

[0029] 具体实施方式三：结合图1、图5和图6说明本实施方式，本实施方式是通过以下步骤实现的：

[0030] 步骤一、将待加工圆环状坯料4套装在芯轴6上；

[0031] 步骤二、将旋锻模1顺时针或逆时针旋转1/2N（2N分之一）圈，N为冲头数量；

[0032] 步骤三、旋转过程中，旋锻模1上的凸起1-2对圆弧头部2-1施加压力，径向冲头2沿导向模5的阶梯孔5-1逐渐向芯轴6的轴心运动，在弹簧3被压紧的同时，径向冲头2对坯料4施加了径向压力；

[0033] 步骤四、当旋锻模1旋转至凸起1-2处中心与径向冲头2轴心重合时（见图5），即为一个坯料的成形结束；

[0034] 步骤五、将旋锻模继续顺时针或逆时针旋转1/2N（2N分之一）圈，即旋锻模1旋转至圆弧凹槽1-1处中心与径向冲头2轴心重合时（见图6），导向模5的阶梯孔5-1内的径向冲头2被逐渐伸长的弹簧3退回到初始位置，即可取出锻制完成的齿轮零件。

[0035] 本发明的工作原理：将旋锻模1与传动装置连接，传动装置对旋锻模1施加环向转动时，旋锻模1上的各个凸起1-2对圆弧头部2-1起到了同步加载效果，当继续转动旋锻模1时，径向冲头2在弹簧3的作用力下沿径向产生后退运动，圆弧头部2-1逐渐后退并嵌入到旋锻模的圆弧凹槽1-1内。坯料4在径向冲头2的加载-卸载周期作用下即可成形出相应的齿部结构，获得整个齿轮的轮廓形貌，随后沿加载的负方向即可取出制得的齿轮零件。