本發(fā)明涉及一種鍛造直齒齒輪的工藝，還涉及一套鍛造模具，屬于無切削金屬機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

漸開線圓柱齒輪是機(jī)械傳動中應(yīng)用極為廣泛的一種零件，隨著近代工業(yè)的飛速發(fā)展，如何合理的設(shè)計齒輪加工工藝，有效提高齒輪的精度和生產(chǎn)效率成為業(yè)內(nèi)一項重要的研究課題。

生產(chǎn)齒輪的工藝主要為：1.鍛造齒輪坯，2.粗車，3.正火，4.精車，5.滾齒，6.熱處理，7.磨齒，8.磨孔，9.檢驗，10.入庫。這十道工序在目前的加工工藝中是缺一不可的，這十道工序工作繁瑣而且耗時較長。

齒輪加工最重要的步驟就是齒形成型也就是上述工藝中的第5步，該步驟目前所能采用的方法主要有三種：1.銑床銑齒、數(shù)模銑刀銑齒；2.滾齒機(jī)滾齒；3.插齒機(jī)插齒；這三種工藝都是采用的物理切削加工，所以對加工設(shè)備的刀具損耗比較大。另外由于切削過程中金屬纖維會被切斷從而導(dǎo)致齒輪強(qiáng)度和使用壽命降低。本人在1993年和1996年分別申報了“一種齒輪加工裝置”和“熱軋齒輪機(jī)”，熱軋齒輪機(jī)能夠快速把鍛坯軋制成齒輪，但是存在一個不可避免的質(zhì)量問題：被動輪齒輪的中部會產(chǎn)生凹切現(xiàn)象，這種凹切現(xiàn)象在后期的加工中無法挽救。

經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，目前的技術(shù)文獻(xiàn)中并沒有人提出比較好的解決方案來替代上述的傳統(tǒng)加工工藝。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提出一種工藝簡化、生產(chǎn)速度快的直齒齒輪鍛造工藝。

為實現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本發(fā)明將采取以下的技術(shù)方案：

一種鍛造直齒齒輪工藝，按照如下步驟進(jìn)行：

第一步，鍛造第一齒輪胚，根據(jù)目標(biāo)齒輪確定齒輪鋼坯料的尺寸，下料后加熱至1150±50℃，鐓粗后置入齒輪坯模中鍛打滿模腔得到第一齒輪坯，將第一齒輪坯立即送入初鍛模，此時齒輪坯溫度為950±50℃；

第二步，得到第二齒輪坯，將第一齒輪坯沿初鍛模模腔入口端向其出口端進(jìn)行沖壓，當(dāng)?shù)谝积X輪坯到達(dá)初鍛模出口端時成為第二齒輪坯，第二齒輪坯溫度為850±50℃；

第三步，得到第三齒輪坯，被沖壓至初鍛模出口端的第二齒輪坯繼續(xù)被向下沖壓進(jìn)終鍛模后，將終鍛模從初鍛模底部取下并對終鍛模兩端的齒輪坯余料做打平處理得到第三齒輪坯，將第三齒輪坯取出空冷，取出時第三齒輪坯溫度為700±50℃；

第四步，得到成品齒輪坯，當(dāng)?shù)谌X輪坯溫度降到500±50℃時，將齒輪坯沖壓經(jīng)過拉光模得到成品齒輪坯。

該工藝進(jìn)一步限定的技術(shù)方案為：

進(jìn)一步的，工藝按照如下步驟進(jìn)行：第一步，鍛造第一齒輪胚，根據(jù)目標(biāo)齒輪確定齒輪鋼坯料的尺寸，下料后加熱至1100℃，鐓粗后置入齒輪坯模中鍛打滿模腔得到第一齒輪坯，將第一齒輪坯立即送入初鍛模，此時齒輪坯溫度為900℃；

第二步，得到第二齒輪坯，將第一齒輪坯沿初鍛模模腔入口端向其出口端進(jìn)行沖壓，當(dāng)?shù)谝积X輪坯到達(dá)初鍛模出口端時成為第二齒輪坯，第二齒輪坯溫度為800℃；

第三步，得到第三齒輪坯，被沖壓至初鍛模出口端的第二齒輪坯繼續(xù)被向下沖壓進(jìn)終鍛模后，將終鍛模從初鍛模底部取下并對終鍛模兩端的齒輪坯余料做打平處理得到第三齒輪坯，將第三齒輪坯取出空冷，取出時第三齒輪坯溫度為650℃；

第四步，得到成品齒輪坯，當(dāng)?shù)谌X輪坯溫度降到450℃時，將齒輪坯沖壓經(jīng)過拉光模得到成品齒輪坯。

進(jìn)一步的，工藝按照如下步驟進(jìn)行：第一步，鍛造第一齒輪胚，根據(jù)目標(biāo)齒輪確定齒輪鋼坯料的尺寸，下料后加熱至1150℃，鐓粗后置入齒輪坯模中鍛打滿模腔得到第一齒輪坯，將第一齒輪坯立即送入初鍛模，此時齒輪坯溫度為950℃；

第二步，得到第二齒輪坯，將第一齒輪坯沿初鍛模模腔入口端向其出口端進(jìn)行沖壓，當(dāng)?shù)谝积X輪坯到達(dá)初鍛模出口端時成為第二齒輪坯，第二齒輪坯溫度為850℃；

第三步，得到第三齒輪坯，被沖壓至初鍛模出口端的第二齒輪坯繼續(xù)被向下沖壓進(jìn)終鍛模后，將終鍛模從初鍛模底部取下并對終鍛模兩端的齒輪坯余料做打平處理得到第三齒輪坯，將第三齒輪坯取出空冷，取出時第三齒輪坯溫度為700℃；

第四步，得到成品齒輪坯，當(dāng)?shù)谌X輪坯溫度降到500℃時，將齒輪坯沖壓經(jīng)過拉光模得到成品齒輪坯。

進(jìn)一步的，工藝按照如下步驟進(jìn)行：第一步，鍛造第一齒輪胚，根據(jù)目標(biāo)齒輪確定齒輪鋼坯料的尺寸，下料后加熱至1200℃，鐓粗后置入齒輪坯模中鍛打滿模腔得到第一齒輪坯，將第一齒輪坯立即送入初鍛模，此時齒輪坯溫度為1000℃；

第二步，得到第二齒輪坯，將第一齒輪坯沿初鍛模模腔入口端向其出口端進(jìn)行沖壓，當(dāng)?shù)谝积X輪坯到達(dá)初鍛模出口端時成為第二齒輪坯，第二齒輪坯溫度為900℃；

第三步，得到第三齒輪坯，被沖壓至初鍛模出口端的第二齒輪坯繼續(xù)被向下沖壓進(jìn)終鍛模后，將終鍛模從初鍛模底部取下并對終鍛模兩端的齒輪坯余料做打平處理得到第三齒輪坯，將第三齒輪坯取出空冷，取出時第三齒輪坯溫度為750℃；

第四步，得到成品齒輪坯，當(dāng)?shù)谌X輪坯溫度降到550℃時，將齒輪坯沖壓經(jīng)過拉光模得到成品齒輪坯。

一套鍛造直齒齒輪模具，包括齒輪坯模、初鍛模、終鍛模和拉光模，初鍛模的模腔從入口端至出口端分為傾斜段和成型段，成型段的內(nèi)輪廓與第二齒輪坯平面投影形狀一致；

傾斜段的內(nèi)輪廓主要由迎著第一齒輪坯進(jìn)入方向順序立在初鍛模入口端的刃口段和漸變段，其中刃口段的端面為人字形刃口，刃口段的底面與漸變段的初始端面形狀一致，漸變段的初始端面為以幕墻的弧形側(cè)壁為一邊的一個類長方形面，類長方形面的橫邊與成型段內(nèi)輪廓齒頂寬等寬，類長方形面的豎邊與成型段內(nèi)輪廓截面的高相同；漸變段的終端面與成型段的內(nèi)輪廓一致；漸變段終端面的豎邊與漸變段初始端面的豎邊之間通過弧形曲面平滑連接，漸變段終端面的橫邊與漸變段初始端面的橫邊之間通過片面連接；終鍛模通過定位銷固定在初鍛模的出口端，并且終鍛模和初鍛模之間留有一定間隙；該成型段結(jié)構(gòu)有點類似于扁鏨，通過逐步的擠壓使其產(chǎn)生變形。

終鍛模的模腔輪廓與初鍛模的成型段一致；

拉光模的模腔輪廓比成品齒輪坯平面投影的尺寸大一個降溫收縮量，所述降溫收縮量指成品齒輪坯從500±50℃降到室溫時的一個尺寸縮小量。

該模具進(jìn)一步限定的技術(shù)方案為：

進(jìn)一步的，齒輪坯模主要由內(nèi)模和套接內(nèi)模的外模組成，外模的底部設(shè)有一個喇叭狀插接口，內(nèi)模的側(cè)面設(shè)有與外模底部插接口相適配的斜坡面，當(dāng)外模插接到內(nèi)模的預(yù)定工位時，內(nèi)模的頂面和外模的側(cè)面相互協(xié)作圍成齒輪坯模的內(nèi)腔。

進(jìn)一步的，內(nèi)模的頂面上設(shè)有用于鍛造第一齒輪坯上定位槽的定位芯。

進(jìn)一步的，拉光模的模腔輪廓入口端設(shè)有一個方便齒輪坯進(jìn)入的斜坡口。

進(jìn)一步的，初鍛模的入口端上蓋有向?qū)w，向?qū)w上開有與初鍛模入口同心的圓孔，并且該圓孔的直徑與第一齒輪坯直徑相當(dāng)。

本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點：

1、質(zhì)量穩(wěn)定，模具生產(chǎn)齒輪質(zhì)量穩(wěn)定。

2、速度快，一次性加熱鍛造齒輪經(jīng)過初鍛模、終鍛模兩套模具的鍛造過程，短短幾分鐘時間就完成了滾齒機(jī)漫長的加工過程，其加工速度比滾齒機(jī)快百倍。

3、節(jié)省鋼材，比切削加工節(jié)省20％鋼材。

4、工序的節(jié)省，跟傳統(tǒng)加工工藝相比，節(jié)省了車外圓工序和滾齒工序，降低了能耗，提高了生產(chǎn)效率。

5、鍛造齒輪的金相結(jié)構(gòu)完整合理，抗彎強(qiáng)度高、使用壽命長。

6、鍛造齒輪解決了大模數(shù)、小直徑齒輪的根切難題。

附圖說明

圖1是齒輪坯模的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是第一齒輪坯的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2的俯視圖；

圖4是沖壓棒結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是模具總裝圖；

圖6是初鍛模的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是拉光模結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：沖壓棒1，第一齒輪坯2，向?qū)w3，初鍛模4，定位銷5，終鍛模6，外模7，內(nèi)模8。

具體實施方式

附圖非限制性地公開了本發(fā)明所涉及優(yōu)選實施例的示意圖；以下將結(jié)合附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

本發(fā)明以模數(shù)為3，齒數(shù)為30，壓力角為20°的標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的鍛造成型為例，成品齒輪坯齒頂圓直徑96mm，齒根圓直徑82.5mm，分度圓直徑90mm，齒寬30mm。

鍛造直齒齒輪工藝，按照如下步驟進(jìn)行：

第一步，鍛造第一齒輪胚，齒輪鋼坯料材料為20Cr2Ni4，規(guī)格為Φ60圓鋼，下料長度78mm，重量1.73kg，下料后加熱至1150±50℃，鐓粗后置入齒輪坯模(結(jié)構(gòu)和尺寸如圖1)中鍛打滿模腔得到第一齒輪坯，將第一齒輪坯(結(jié)構(gòu)和尺寸如圖2)立即送入初鍛模，此時齒輪坯表面溫度為950±50℃；

第二步，得到第二齒輪坯，將第一齒輪坯沿初鍛模模腔入口端向其出口端進(jìn)行沖壓，當(dāng)?shù)谝积X輪坯到達(dá)初鍛模出口端時成為第二齒輪坯，第二齒輪坯溫度為850±50℃；

第三步，得到第三齒輪坯，被沖壓至初鍛模出口端的第二齒輪坯繼續(xù)被向下沖壓進(jìn)終鍛模后，將終鍛模從初鍛模底部取下并對終鍛模兩端的齒輪坯余料做打平處理得到第三齒輪坯，將第三齒輪坯取出空冷，取出時第三齒輪坯溫度為700±50℃；

第四步，得到成品齒輪坯，當(dāng)?shù)谌X輪坯溫度降到500±50℃時，將齒輪坯沖壓經(jīng)過拉光模得到成品齒輪坯。

一套鍛造直齒齒輪模具，包括齒輪坯模、初鍛模4、終鍛模6和拉光模，初鍛模(采用3Cr2W8V熱模鋼)的入口端上蓋有向?qū)w3，向?qū)w上開有與初鍛模入口同心的圓孔，并且該圓孔的直徑與第一齒輪坯直徑相當(dāng)。

初鍛模的模腔如圖6所示，從入口端至出口端分為傾斜段和成型段，成型段的內(nèi)輪廓與第二齒輪坯平面投影形狀一致；

傾斜段的內(nèi)輪廓主要由迎著第一齒輪坯進(jìn)入方向順序立在初鍛模入口端的刃口段和漸變段，其中刃口段的端面為人字形刃口，刃口段的底面與漸變段的初始端面形狀一致，漸變段的初始端面為以幕墻的弧形側(cè)壁為一邊的一個類長方形面，類長方形面的橫邊與成型段內(nèi)輪廓齒頂寬等寬，類長方形面的豎邊與成型段內(nèi)輪廓截面的高相同；漸變段的終端面與成型段的內(nèi)輪廓一致；漸變段終端面的豎邊與漸變段初始端面的豎邊之間通過弧形曲面平滑連接，漸變段終端面的橫邊與漸變段初始端面的橫邊之間通過片面連接；終鍛模通過定位銷固定在初鍛模的出口端，并且終鍛模和初鍛模之間留有一定間隙；

終鍛模的模腔輪廓與初鍛模的成型段一致；

拉光模尺寸和結(jié)構(gòu)如圖7所示，模腔輪廓比成品齒輪坯平面投影的尺寸大一個降溫收縮量，降溫收縮量指成品齒輪坯從500±50℃降到室溫時的一個尺寸縮小量，模腔輪廓入口端設(shè)有一個方便齒輪坯進(jìn)入的斜坡口。

齒輪坯模的尺寸和結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由內(nèi)模8和套接內(nèi)模的外模7組成，外模的底部設(shè)有一個喇叭狀插接口，所述內(nèi)模的側(cè)面設(shè)有與外模底部插接口相適配的斜坡面，當(dāng)外模插接到內(nèi)模的預(yù)定工位時，內(nèi)模的頂面和外模的側(cè)面相互協(xié)作圍成齒輪坯模的內(nèi)腔。內(nèi)模的頂面上設(shè)有用于鍛造第一齒輪坯上定位孔的定位芯。