一種冷擠壓模具的齒形修正方法與流程
2023-04-25 19:05:01
本發明屬於機械技術領域，涉及一種冷擠壓模具，特別是一種冷擠壓模具的齒形修正方法。
背景技術：
齒形零件是指齒輪或者具有齒形結構的零件，現有技術中，齒形零件上的齒形結構，通常採用機加工成型，例如，利用銑床加工的仿形法，利用專用工具機(滾齒機、插齒機、刨齒機和磨齒機)的範成法等，也有採用冷擠壓加工齒形零件。
與機加工的齒形零件相比，通過冷擠壓成型加工出的齒形零件，在冷擠壓過程中金屬在高應力下發生塑性變形，故形成的齒形結構組織緻密，金屬纖維連續疲勞強度和耐磨性都比機加工出的齒輪要高出許多。特別是冷擠壓成型的齒形結構一端封閉，為齒形結構提供了額外的抗彎強度，能夠提高齒形零件在頻繁衝擊和高載荷工況下工作的性能。
例如，中國專利【申請號：201210339134.7；申請公布號cn102825088a】公開的一種齒輪軸冷擠壓模具及其擠壓工藝，其中，齒輪軸冷擠壓模具包括齒輪模，齒輪模的齒數為15，壓力角為20°,模數為0.9，公法線長度4.180，變位係數+0.02；齒輪模的上方設置下蓋模，下蓋模上設置上模座，上模座內自上而下依次安裝墊板以及方榫模，且方榫模與下蓋模之間設置壓管模。齒輪軸冷擠壓工藝，包括以下步驟：1)熱鐓坯料：將原材料的一端頭部鐓粗；2)外形尺寸加工：採用粗車或粗磨提高工件表面粗糙度，以滿足模具擠齒的要求；3)表面潤滑：工件表面附著一層潤滑膜，讓工件與模具接觸順暢，同時延長模具使用壽命；4)擠齒：利用模具將頭部的齒輪及中部的方榫一次擠壓成型。
但齒形零件的冷擠壓成型過程中，模具會受到擠壓力導致成型過程中發生彈性變形，並且由於擠壓過程中模具中曲率大的部分磨損率大於曲率小的部分，導致隨著模具使用時間的增加，加工出的齒形結構也會發生偏差。受到模具彈性變形、磨損和熱處理的影響，導致冷擠壓成型加工出的齒形結構與設計要求存在一定的形狀偏差，並且長時間使用後加工出的齒形結構進一步產生形狀偏差，導致加工出的產品品質不穩定。
技術實現要素：
本發明的目的是針對現有的技術存在上述問題，提出了一種冷擠壓模具的齒形修正方法，本發明解決的技術問題是如何提高冷擠壓成型加工的零件中齒形結構的加工精度。
本發明的目的可通過下列技術方案來實現：一種冷擠壓模具的齒形修正方法，冷擠壓模具包括具有齒形凹腔的凹模，其特徵在於，所述齒形修正方法具體步驟如下：
步驟a、根據設計要求，列出理論齒形的參數；
步驟b、對理論齒形的參數進行修正得到實際加工齒形的參數；
步驟b-1、理論齒形的壓力角修正，當理論齒形的模數小於或等於2時，理論齒形的壓力角+0.3°～+0.48°；當理論齒形的模數大於2且小於等於3.5時，理論齒形的壓力角+0.45°～+0.58°。
步驟b-2、對理論齒形的形狀進行修正：齒頂圓直徑修正+0.015mm～+0.02mm，齒根圓直徑修正+0.005mm～+0.008mm；
步驟b-3、繪製實際加工齒形；
步驟c、對凹模的材料進行預處理；
步驟d、根據實際加工齒形進行編程並輸入慢走絲線切割設備，對經過預處理的材料進行加工得到具有齒形凹腔的凹模。
通過採用冷擠壓模具加工齒形結構，冷擠壓模具採用高速鋼材料可使齒形製造精度達到(din)6級，在批量生產條件下，齒形製造精度通常在(din)7級～8級。
本冷擠壓模具的齒形修正方法通過對理論齒形的壓力角和形狀進行修正，使得加工出的零件上的齒形結構在受到模具在擠壓過程中的彈性變形、長期使用後的磨損以及零件熱處理的影響下達到更高的加工精度，使得齒形製造精度達到(din)7級～7.5級的水平。並且，通過對齒形的修正，使得凹模內齒形凹腔的齒形曲率更為平滑，避免曲率大的部分磨損速率大於曲率小的部分造成模具使用一段時間後精度下降，影響冷擠壓模具的使用壽命。
在上述的冷擠壓模具的齒形修正方法中，所述凹模的材料為ld鋼，所述步驟c具體為：步驟c-1、鍛打；步驟c-2、退火840～860℃，保溫2～3小時；步驟c-3、機械加工；步驟c-4、熱處理溫度為1100～1180℃中選擇，淬火加熱係數為20～35；步驟c-5、冷卻介質為油回火溫度一般選擇在530～570℃；步驟c-6、回火次數為2～3次，每次回火時間為1～2小時，回火硬度為56～62hrc。通過對ld鋼進行熱處理，提高了凹模的硬度，減少在冷擠壓成型中發生彈性變形導致加工出的齒形結構出現的誤差。
在上述的冷擠壓模具的齒形修正方法中，所述步驟b中，所述壓力角採用標準壓力角20°。在標準壓力角的基礎上對壓力角進行修正，在保證齒形結構強度和傳動性能的前提下，優化齒輪結構的齒形，使冷擠壓成型得到的齒輪結構的齒形精度更高，產品一致性更好。
在上述的冷擠壓模具的齒形修正方法中，所述步驟c可以在步驟a之前或者在步驟b之前。
與現有技術相比，本冷擠壓模具的齒形修正方法通過對需要冷擠壓成型的齒形結構的理論齒形進行優化，對理論齒形的壓力角和形狀進行修正，從而減少冷擠壓模具的變形、磨損和零件熱處理對齒形的影響，提高了冷擠壓成型的齒形結構的加工精度。
具體實施方式
以下是本發明的具體實施例，對本發明的技術方案作進一步的描述，但本發明並不限於這些實施例。
實施例一：
冷擠壓模具包括具有齒形凹腔的凹模，冷擠壓成型過程中，材料進入凹模的齒形凹腔內並在凸模擠壓力的作用下發生塑性變形，從而在齒形凹腔內形成齒形結構。為了克服帶有齒形結構的零件在冷擠壓成型過程中模具的彈性變形、長期使用後的磨損以及零件熱處理對加工精度的影響，對冷擠壓模具的齒形凹腔內的齒形進行修正。
本冷擠壓模具的齒形修正方法，具體步驟如下：
步驟a、根據設計要求，列出理論齒形的參數；
步驟b、對理論齒形的參數進行修正得到實際加工齒形的參數；
步驟b-1、理論齒形的壓力角修正，當理論齒形的模數小於或等於2時，理論齒形的壓力角+0.3°～+0.48°；當理論齒形的模數大於2且小於等於3.5時，理論齒形的壓力角+0.45°～+0.58°；
步驟b-2、對理論齒形的形狀進行修正：齒頂圓直徑修正+0.015mm～+0.02mm，齒根圓直徑修正+0.005mm～+0.008mm；
步驟b-3、繪製實際加工齒形；
步驟c、對凹模的材料進行預處理；
本實施例中，凹模的材料為ld鋼，所述步驟c具體為：
步驟c-1、鍛打；
步驟c-2、退火840～860℃，保溫2～3小時；
步驟c-3、機械加工；
步驟c-4、熱處理溫度為1100～1180℃中選擇，淬火加熱係數為20～35；
步驟c-5、冷卻介質為油回火溫度一般選擇在530～570℃；
步驟c-6、回火次數為2～3次，每次回火時間為1～2小時，回火硬度為56～62hrc。
在具體的生產製造過程中，步驟c可以在步驟a之前或者在步驟b之前。
步驟d、根據實際加工齒形進行編程並輸入慢走絲線切割設備，對經過預處理的材料進行加工得到具有齒形凹腔的凹模。
步驟d中，慢走絲線切割設備可以選用日本三菱fa20s慢走絲線切割機，將實際加工齒形輸入慢走絲線切割設備。
本冷擠壓模具的齒形修正方法通過對理論齒形的壓力角和形狀進行修正，克服模具在擠壓過程中的彈性變形、長期使用後的磨損以及零件熱處理的影響。使得採用冷擠壓成型得到的零件上的齒形結構的製造精度達到(din)7級～7.5級的水平，提高了零部件的強度和傳動性能。並且，通過對齒形的修正，使得凹模內齒形凹腔的齒形曲率更為平滑，避免曲率大的部分磨損速率大於曲率小的部分造成模具精度下降，影響冷擠壓模具的使用壽命。
實施例二：
以模數m＝0.5的標準齒輪為例，冷擠壓模具凹模齒形凹模壓力角修正參數為δα＝0.3°，齒頂圓直徑修正值δda＝0.015mm，齒根圓直徑修正值δdf＝0.005mm。
實施例三：
以模數m＝2的標準齒輪為例，冷擠壓模具凹模齒形凹模的壓力角修正參數為δα＝0.48°，齒頂圓直徑修正值δda＝0.016mm，齒根圓直徑修正值δdf＝0.006mm。
實施例四：
以模數m＝2.1的標準齒輪為例，冷擠壓模具凹模齒形凹模的壓力角修正參數為δα＝0.45°，齒頂圓直徑修正值δda＝0.016mm，齒根圓直徑修正值δdf＝0.006mm。
實施例五：
以模數m＝2.54的標準齒輪為例，冷擠壓模具凹模齒形凹模的壓力角修正參數為δα＝0.5°，齒頂圓直徑修正值δda＝0.018mm，齒根圓直徑修正值δdf＝0.007mm。
實施例六：
以模數m＝3的啟動齒輪為例，冷擠壓模具凹模齒形凹模的壓力角修正參數為δα＝0.53°，齒頂圓直徑修正值δda＝0.018mm，齒根圓直徑修正值δdf＝0.007mm。
實施例七：
以模數m＝3.5的啟動齒輪為例，冷擠壓模具凹模齒形凹模的壓力角修正參數為δα＝0.59°，齒頂圓直徑修正值δda＝0.02mm，齒根圓直徑修正值δdf＝0.008mm。
本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，但並不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。