一种压力差稳定的用于斜齿轮成型的冷挤压加工工艺

技术领域

本发明涉及斜齿轮加工的技术领域，尤其是涉及一种压力差稳定的用于斜齿轮成型的冷挤压加工工艺。

背景技术

目前斜齿轮作为机械传动最重要的零件之一，在机械、汽车、电器等行业中广泛使用，它具有传动稳定、准确可靠、传动效率高等特点；然而大部分斜齿轮以机械切削加工为主，不但耗时多、效率低下，材料浪费多，而且加工出的斜齿轮机械性能较低，主要体现在其金属纤维组织被切断、不连续。采用冷挤压成型加工能够弥补机械加工的不足，通过设备压力的运动把需要挤压的毛坯料压入带有螺旋齿槽的模腔内，金属材料沿齿槽流动，最终形成斜齿轮。

相关技术中，冷挤压方式可以分为无阻力挤压和有阻力挤压。无阻力挤压是设备主液压系统输出压力把毛坯料压入下模，金属在液压力的作用下沿模具内的螺旋齿槽流动，金属的流动速度、成型角度、齿形的饱和度等均取决于设备主液压系统的输出压力的大小，这种成型方式由于是单项作用力，所以存在齿形、齿向填充不足或由于过于充足造成无法顶出的缺陷，成型的难度很大。有阻力挤压是设备主液压系统输出压力把毛坯料压入下模，金属在液压力的作用下沿模具内的螺旋齿槽流动，此时安装在下模底端的弹簧机构产生向上的阻力，使零件在成型时保持稳定的压力差，在一定程度上避免金属自由流动带来的加速情况，保证流动速度相对稳定。

上述中的方案存在以下缺陷：有阻力挤压的成型方式从本质上看还是属于单向作用力的形式，弹簧作用力的大小取决于设备液压系统输出力的大小且无法按实际情况调整，试验证明这种结构仍然存在齿形、齿向无法充足的情况；同时出料过程中依靠的也是弹簧反弹的弹力，可能出现弹力不足而无法完全出料的情况；且由于无法准确通过计算来选择弹簧的型号和强度，在批量生产中由于弹簧老化，会影响挤压成型质量的稳定性。

发明内容

为了解决挤压成型的齿轮存在齿形、齿向无法充足的情况，因弹簧弹力不足无法完全出料的情况和弹簧容易老化的情况，本发明提供一种压力差稳定的用于斜齿轮成型的冷挤压加工工艺。

本发明提供的一种压力差稳定的用于斜齿轮成型的冷挤压加工工艺，采用如下的技术方案：

一种压力差稳定的用于斜齿轮成型的冷挤压加工工艺，包括冷挤压模具、第一压力系统和第二压力系统，所述冷挤压模具包括上凸模、下凹模、模套筒、垫板和顶杆，所述上凸模位于下凹模正上方，所述模套筒套设于下凹模外周，且模套筒和下凹模之间通过轴承连接，所述垫板安装于下凹模的内底部，所述下凹模的内壁开设有斜槽，所述垫板外周焊接有凸块，且凸块位于斜槽内并和斜槽滑动连接，所述顶杆的顶端转动连接于垫板的底部中心处；

具体加工工艺包括以下步骤：

S1：选择齿轮毛坯料，对毛坯料的上、下端面进行切削加工，使其上、下端面平整；

S2：再依次对毛坯料进行软化热处理、磷皂化处理和表面润滑处理；

S3：将处理后的毛坯料放入下凹模内腔中，启动第一压力系统驱动上凸模向下运动，同时启动第二压力系统通过顶杆给垫板一个向上的压力；

S4：上凸模的压力作用于毛坯料的上端面，垫板的压力作用于毛坯料的下端面，在压力的作用下，毛坯料进行塑性变形沿斜槽进行塑性流动并产生圆周方向旋转的推力，使毛坯料形成带有所需要的螺旋齿槽的成型坯料；

S5：斜齿轮挤压成型后，启动第一压力系统驱动上凸模回复原位，加大第二压力系统的压力，第二压力系统通过顶杆给垫板一个向上的顶起力，因多个斜槽和凸块的卡接作用，多个凸块在多个斜槽内向上移动，则带动下凹模在模套筒内发生转动，多个凸块带动垫板在下凹模内边随下凹模转动边向上移动，则带动斜齿轮在下凹模内边随下凹模转动边向上移动，直至斜齿轮完全从下凹模内脱离，完成出料；

S6：再启动第二压力系统驱动顶杆给垫板一个向下的拉力，直至垫板回复原位，则可以进行下一次的齿轮加工；

S7：对挤压成型后的斜齿轮进行退火处理，以便消除冷挤压产生的残余应力。

优选的，所述S2中，毛坯料的表面润滑先采用固态润滑剂，再采用液态润滑剂，其中固态润滑剂采用硬脂酸锌、硬脂酸钠、二硫化钥和石墨中的一种，液态润滑剂采用动物油、植物油和矿物油中的一种。

优选的，所述S3中，第一压力系统的压力大于第二压力系统的压力，所述S3中，第一压力系统的压力和第二压力系统的压力的具体比例和数值根据毛坯材料、冷挤压模具材料经精准计算确定。

优选的，所述S4中，毛坯料产生的圆周方向旋转的推力给下凹模一个周向力，下凹模在周向力作用下通过轴承发生转动，下凹模转动的同时通过斜槽和凸块的卡接作用带动垫块同步转动，有效保证了成形斜齿轮时凸凹模运动的协调性。

优选的，所述S7中，斜齿轮的退火温度为750-850℃。

优选的，所述第一压力系统和第二压力系统均包括液压缸和控制器，所述第一压力系统和第二压力系统的控制器为同一控制器，所述第一压力系统的液压缸固定安装于上凸模顶部，所述第二压力系统的液压缸固定安装于顶杆底端。

优选的，所述斜槽和凸块均设有多个且数量相等，多个所述斜槽在下凹模的内壁沿圆周均匀分布，多个所述凸块在垫板外周沿圆周均匀分布。

综上所述，本发明具有如下的有益技术效果：

1、利用第二压力系统在毛坯料挤压成型过程中对其提供向上的压力，使零件在成型时保持稳定的压力差，在一定程度上避免金属自由流动带来的加速情况，保证流动速度相对稳定。

2、采用两套独立的压力系统，避免利用弹簧产生向上压力，不仅无需通过计算来选择弹簧的型号和强度，还可以避免弹簧长时间使用老化的问题。

3、利用第二压力系统提供的压力更加稳定且可以根据实际情况对压力大小进行调整，无需取决于第一压力系统；且第二压力系统在对斜齿轮进行出料时，其提供的压力大小也可以调节，保证斜齿轮可以完全的从下凹模内脱离，避免出现利用弹簧弹力不足而无法完全出料的情况，脱模过程简便快速，工作效率高。

4、当下凹模在压力作用下产生周向运行时，通过轴承可绕自身轴线转动，促进了成形斜齿轮凸凹模运动时的协调问题，且轴承工作时几乎不受轴向力，极大提高了轴承的工作寿命。

5、对毛坯料增加了软化热处理，目的是降低材料硬度、提高塑性，得到良好的金相组织、消除内应力，以降低材料的变形抗力，提高模具的寿命和零件质量。

附图说明

图1是一种压力差稳定的用于斜齿轮成型的冷挤压加工工艺的流程图。

具体实施方式

以下结合附图1对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例公开一种压力差稳定的用于斜齿轮成型的冷挤压加工工艺，参照图1，包括冷挤压模具、第一压力系统和第二压力系统，冷挤压模具包括上凸模、下凹模、模套筒、垫板和顶杆，上凸模位于下凹模正上方，模套筒套设于下凹模外周，且模套筒和下凹模之间通过轴承连接，垫板安装于下凹模的内底部，下凹模的内壁开设有斜槽，垫板外周焊接有凸块，且凸块位于斜槽内并和斜槽滑动连接，顶杆的顶端转动连接于垫板的底部中心处；

具体加工工艺包括以下步骤：

S1：选择齿轮毛坯料，对毛坯料的上、下端面进行切削加工，使其上、下端面平整；

S2：再依次对毛坯料进行软化热处理、磷皂化处理和表面润滑处理；

S3：将处理后的毛坯料放入下凹模内腔中，启动第一压力系统驱动上凸模向下运动，同时启动第二压力系统通过顶杆给垫板一个向上的压力；

S4：上凸模的压力作用于毛坯料的上端面，垫板的压力作用于毛坯料的下端面，在压力的作用下，毛坯料进行塑性变形沿斜槽进行塑性流动并产生圆周方向旋转的推力，使毛坯料形成带有所需要的螺旋齿槽的成型坯料；

S5：斜齿轮挤压成型后，启动第一压力系统驱动上凸模回复原位，加大第二压力系统的压力，第二压力系统通过顶杆给垫板一个向上的顶起力，因多个斜槽和凸块的卡接作用，多个凸块在多个斜槽内向上移动，则带动下凹模在模套筒内发生转动，多个凸块带动垫板在下凹模内边随下凹模转动边向上移动，则带动斜齿轮在下凹模内边随下凹模转动边向上移动，直至斜齿轮完全从下凹模内脱离，完成出料；

S6：再启动第二压力系统驱动顶杆给垫板一个向下的拉力，直至垫板回复原位，则可以进行下一次的齿轮加工；

S7：对挤压成型后的斜齿轮进行退火处理，以便消除冷挤压产生的残余应力。

本发明中，S2中，毛坯料的表面润滑先采用固态润滑剂，再采用液态润滑剂，其中固态润滑剂采用硬脂酸锌、硬脂酸钠、二硫化钥和石墨中的一种，液态润滑剂采用动物油、植物油和矿物油中的一种。经磷皂化处理后的毛坯表面，覆盖一层很薄的多孔状结晶膜，它能随毛坯一起变形而不剥离脱落，经固态润滑剂和液态润滑剂的配合润滑处理后，在孔内吸附的润滑剂可以保持挤压过程中润滑的连续性和有效的润滑效果。

本发明中，S3中，第一压力系统的压力大于第二压力系统的压力，第一压力系统的压力和第二压力系统的压力的具体比例和数值根据毛坯材料、冷挤压模具材料经精准计算确定。第二压力系统的压力主要起到提供压力差的效果，因此其小于第一压力系统的压力。

本发明中，S4中，毛坯料产生的圆周方向旋转的推力给下凹模一个周向力，下凹模在周向力作用下通过轴承发生转动，下凹模转动的同时通过斜槽和凸块的卡接作用带动垫块同步转动，有效保证了成形斜齿轮时凸凹模运动的协调性。

本发明中，S7中，斜齿轮的退火温度为750-850℃。

本发明中，第一压力系统和第二压力系统均包括液压缸和控制器，第一压力系统和第二压力系统的控制器为同一控制器，第一压力系统的液压缸固定安装于上凸模顶部，第二压力系统的液压缸固定安装于顶杆底端。同一控制器不仅可以保证第一压力系统和第二压力系统的液压缸同步控制驱动和分步控制驱动，且可以保证同步控制驱动时的同一性，消除时间差。

本发明中，斜槽和凸块均设有多个且数量相等，多个斜槽在下凹模的内壁沿圆周均匀分布，多个凸块在垫板外周沿圆周均匀分布。

本发明实施例一种压力差稳定的用于斜齿轮成型的冷挤压加工工艺，对毛坯料增加了软化热处理，目的是降低材料硬度、提高塑性，得到良好的金相组织、消除内应力，以降低材料的变形抗力，提高模具的寿命和零件质量；

采用两套独立的压力系统，利用第二压力系统在毛坯料挤压成型过程中对其提供向上的压力，使零件在成型时保持稳定的压力差，在一定程度上避免金属自由流动带来的加速情况，保证流动速度相对稳定，且避免利用弹簧产生向上压力，不仅无需通过计算来选择弹簧的型号和强度，还可以避免弹簧长时间使用老化的问题，利用第二压力系统提供的压力更加稳定且可以根据实际情况对压力大小进行调整，无需取决于第一压力系统；且第二压力系统在对斜齿轮进行出料时，其提供的压力大小也可以调节，保证斜齿轮可以完全的从下凹模内脱离，避免出现利用弹簧弹力不足而无法完全出料的情况，脱模过程简便快速，工作效率高；

当下凹模在压力作用下产生周向运行时，通过轴承可绕自身轴线转动，促进了成形斜齿轮凸凹模运动时的协调问题，且轴承工作时几乎不受轴向力，极大提高了轴承的工作寿命。

以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。