CN110860644B - 一种输出齿轮轴的闭式挤压成型工艺及其锻压模具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种输出齿轮轴的闭式挤压成型工艺及其锻压模具，其工艺步骤包括设定工艺路线、选择坯料、原材料检验、下料、制作玻璃润滑垫、坯料加热、模具安装、放置玻璃润滑垫、模锻和取出锻件；所述锻压模具包括挤压筒和下模，所述挤压筒通过挤压筒拉杆位于其正上方的冲头固定座活动连接，冲头固定座上的挤压冲头端部与挤压筒内的上模腔滑动配合。这种输出齿轮轴的闭式挤压成型工艺及其锻压模具采用挤压成型工艺，一火成型输出齿轮轴锻件产品，提高锻件的机械性能，降低锻件生产的材料消耗，减少锻件的余量，降低机械加工工时，提高生产效率以及产品的市场竞争力，采用此工艺生产的输出齿轮轴产品质量稳定、一致性好，特别适合批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及输出齿轮轴加工领域，尤其涉及一种输出齿轮轴的闭式挤压成型工艺及其锻压模具。
背景技术
输出齿轮轴是风力发电机增速齿轮箱中的核心、重要零件，产品质量的优劣决定齿轮箱运行的可靠性和安全性，制造工艺的优劣不仅决定产品的质量同时对产品的制造成本也起决定作用，所述输出齿轮轴由凸缘和杆轴构成（详见说明书附图6和7）。
当下，输出齿轮轴产品有多种锻造加工方法，常用的自由锻加工方法有直接拔杆成型方法和拔杆镦头成型方法等。
直接拔杆成型的方法（详见说明书附图1）：是选用坯料直径略大于或等于锻件大头的圆钢拔长杆部的方法，该方法大头凸缘部位加热后没有塑性变形会造成组织粗大机械性能降低，同时材料消耗大、锻件加工余量大、生产效率低、金属流线被切断、零件的机械强度降低导致产品的寿命低。
拔杆镦头成型方法（详见说明书附图2）：是选用坯料直径小于锻件大头直径大于锻件杆部直径的圆钢，先进行拔杆锻造，再回炉补温加热，然后将加热好的坯料从炉内去处放入胎模里镦粗大头的一种成型方法，该方法与直接拔杆成型的方法相比有优势，金属流线基本沿锻件外形分布提高了锻件机械性能，但是也存在材料消耗大、锻件加工余量大、需回炉补温加热生产效率低的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够解决现有加工方法的不足，实现输出齿轮轴锻件一火成型的输出齿轮轴的闭式挤压成型工艺及其锻压模具。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种输出齿轮轴的闭式挤压成型锻压模具，包括固定设置在液压机上的上模板和下模板，所述上模板和下模板上下对应，上模板底部中心设置有挤压冲头，所述挤压冲头通过冲头固定座固定在上模板上，挤压冲头下端外侧套接有挤压筒，所述挤压筒通过挤压筒拉杆活动连接在冲头固定座上，所述挤压筒底部中心设置有内凹的限位型腔，顶部中心设置有用于输出齿轮轴凸缘成型的上模腔，所述上模腔与限位型腔相互连通，所述挤压冲头的下端位于所述上模腔内，其与上模腔上下滑动配合；所述下模腔的直径大于其底部退料孔的直径，下模腔顶部呈漏斗形，便于坯料安装定中；所述下模板顶部中心设置有下模，所述下模与挤压冲头上下对应，下模的中心设置有用于输出齿轮轴杆轴成型的下模腔，该下模腔的底部与设置在下模板中心的退料孔相互连通，所述退料孔内设置有能够上下垂直活动的顶杆，顶杆顶部固定设置有顶头，所述顶头位于下模腔内，其与下模腔上下滑动配合。
优选地，所述挤压筒拉杆由“T”型螺杆和与其末端螺纹配合的限位螺母组成；所述冲头固定座上位于挤压冲头的两侧设置有上下连通的上连接孔，所述挤压筒顶部外侧设置有横向向外延伸的扩展边，所述扩展边上设置有上下连通的下连接孔，所述下连接孔与上连接孔上下对应，所述“T”型螺杆的末端穿过上连接孔和下连接孔并延伸在下连接孔底部下方，所述限位螺母旋接在该延伸端上，挤压筒通过相互配合的限位螺母和“T”型螺杆活动连接在冲头固定座的底部下方。
优选地，所述上连接孔为沉头孔，其结构形状与“T”型螺杆的头部结构相吻合。
优选地，所述挤压冲头呈 “T”字形结构，所述冲头固定座顶部中心设置有与挤压冲头相互配合的衔接孔，所述挤压冲头安装在衔接孔内，其下端延伸在冲头固定座底部下方。
优选地，所述下模上端外侧倒角，其外轮廓结构与限位型腔相互吻合。
一种根据所述输出齿轮轴的闭式挤压成型锻压模具加工输出齿轮轴的闭式挤压成型工艺，包括以下步骤：
A）设定工艺路线：依据用户零件图和技术协议及相关要求，制定工艺路线，设计锻件图和模具图；
B）选择坯料：计算好挤压比、镦粗比、高径比兼顾坯料的定中要求，选择合理的坯料直径；
C）原材料检验：原材料采用Φ250轧制圆钢，轧制比≥4，冶炼工艺为：EAF+LF+VD,控制原材料的化学成分、淬透性、非金属夹杂物、晶粒度、带状组织、机械性能符合相关技术协议的要求；
D）下料：采用锯床切割下料，下料重量240kg，规格Φ250x622,端面垂直度≤1.5mm；
E）制作玻璃润滑垫：将粉状玻璃润滑剂在专用模具上压制成与下模腔口部形状、尺寸一致的玻璃润滑垫，一件锻件准备一个玻璃润滑垫；
F）坯料加热：将坯料放入加热炉内进行加热，到温后在加热炉中保温一段时间，然后用机械手把坯料从炉内取出；
G）模具安装：模具安装前进行预热，安装时保证上下模同心，调整好挤压缸筒与下模的高度位置，固定好模具；
H）放置玻璃润滑垫：放入坯料前在下模腔口部放置挤压润滑用的玻璃润滑垫；
I）模锻：把加热好的坯料从加热炉中取出，放入下模正中玻璃润滑垫上，挤压冲头和挤压筒同时下行，挤压冲头下平面接触坯料上端面后继续下行对坯料进行镦粗，此时坯料外圆的氧化皮因坯料直径增大而掉落，挤压冲头对坯料进行镦粗的同时要用压缩空气吹除干净掉落在下模上的氧化皮，在坯料外圆未接触挤压筒内壁前，坯料的塑性变形主要是镦粗和少量的正挤压，当坯料外圆接触挤压筒内壁后，此时坯料的塑性变形则完全是正挤压变形，当挤压冲头下行到规定位置后，上模腔和下模腔完全充满，完成挤压，形成输出齿轮轴锻件；
J）取出锻件：挤压行程完成后，挤压冲头上行，同时液压机滑块带动挤压筒同步上行，露出输出齿轮轴锻件后，顶出油缸工作，通过顶杆驱动顶头将输出齿轮轴锻件顶出，机械手把输出齿轮轴锻件从模具中取出，完成一件输出齿轮轴锻件生产。
优选地，所述步骤F）中坯料在加热炉中加热至温度1180℃，保温时间为1.5小时。
优选地，所述步骤G）中模具预热温度为200±30℃，模具型腔表面喷涂石墨乳润滑剂。
与现有技术相比，本发明的有益之处在于：这种输出齿轮轴的闭式挤压成型工艺及其锻压模具采用挤压成型工艺，一火成型输出齿轮轴锻件产品，提高锻件的机械性能，降低锻件生产的材料消耗，减少锻件的余量，降低机械加工工时，提高生产效率以及产品的市场竞争力，采用此工艺生产的输出齿轮轴产品质量稳定、一致性好，特别适合批量生产。
附图说明
图1是直接拔杆成型的方法加工流程示意图；
图2是拔杆镦头成型方法加工流程示意图；
图3是本发明一种输出齿轮轴的闭式挤压成型锻压模具结构示意图；
图4是图3中A的结构放大图；
图5是本发明一种输出齿轮轴的闭式挤压成型锻压模具加工流程示意图；
图6是输出齿轮轴俯视结构示意图；
图7是输出齿轮轴侧面结构示意图。
图中：1、上模板；2、冲头固定座；3、挤压筒拉杆；4、挤压冲头；5、挤压筒；6、坯料；7、下模；8、下模板；9、顶杆；10、下模腔；11、限位型腔； 12、上模腔；13、顶头；14、衔接孔；15、输出齿轮轴；16、上连接孔；17、下连接孔；18、限位螺母。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。
图3所示一种输出齿轮轴的闭式挤压成型锻压模具，包括固定设置在液压机上的上模板和下模板8，所述上模板1和下模板8上下对应，上模板1底部中心设置有挤压冲头4，所述挤压冲头4通过冲头固定座2固定在上模板1上，挤压冲头4下端外侧套接有挤压筒5，所述挤压筒5通过挤压筒拉杆3活动连接在冲头固定座2上，所述挤压筒5底部中心设置有内凹的限位型腔11，顶部中心设置有用于输出齿轮轴15凸缘成型的上模腔12，所述上模腔12与限位型腔11相互连通，所述挤压冲头4的下端位于所述上模腔12内，其与上模腔12上下滑动配合；所述下模板8顶部中心设置有下模7，所述下模7与挤压冲头4上下对应，下模7的中心设置有用于输出齿轮轴15杆轴成型的下模腔10，该下模腔10的底部与设置在下模板8中心的退料孔相互连通，所述退料孔内设置有能够上下垂直活动的顶杆9，顶杆9顶部固定设置有顶头13，所述顶头13位于下模腔10内，其与下模腔10上下滑动配合。下模7和挤压筒5的分离式设计，既便于锻件加工制造，又降低了模具的制造成本。
如图4所示，为了保证挤压筒5能够吊装在冲头固定座2下方，且能够根据冲压需要在挤压筒拉杆3上能够上下活动，所述挤压筒拉杆3由T型螺杆和与其末端螺纹配合的限位螺母18组成；所述冲头固定座2上位于挤压冲头4的两侧设置有上下连通的上连接孔16，所述挤压筒5顶部外侧设置有横向向外延伸的扩展边，所述扩展边上设置有上下连通的下连接孔17，所述下连接孔17与上连接孔16上下对应，所述T型螺杆的末端穿过上连接孔16和下连接孔17并延伸在下连接孔17底部下方，所述限位螺母18旋接在该延伸端上，挤压筒5通过相互配合的限位螺母18和T型螺杆活动连接在冲头固定座2的底部下方。
为了防止冲头固定座2与上模板1连接固定时，挤压筒拉杆3的头部干涉安装，所述上连接孔16为沉头孔，其结构形状与T型螺杆的头部结构相吻合。
为了方便挤压冲头4固定在冲头固定座2上，且方便拆卸，同时保证其与冲头固定座2连接的稳定性，所述挤压冲头4呈 T字形结构，所述冲头固定座2顶部中心设置有与挤压冲头4相互配合的衔接孔14，所述挤压冲头4安装在衔接孔14内，其下端延伸在冲头固定座2底部下方。
为了方便挤压筒5底部的限位型腔11在冲压时能够精准地插接在下模7端部外，所述下模7上端外侧倒角，其外轮廓结构与限位型腔11相互吻合。
为了方便坯料6安装固定在下模7的顶部中心，所述下模腔10的直径大于其底部退料孔的直径，下模腔10顶部呈漏斗形，所述坯料6的直径小于下模腔10顶部漏斗形开口直径，且大于下模腔10直径，便于坯料6安装定中。
利用上述输出齿轮轴的闭式挤压成型锻压模具，所述输出齿轮轴的闭式挤压成型工艺包括以下步骤：
A）设定工艺路线：依据用户零件图和技术协议及相关要求，制定工艺路线，设计锻件图和模具图；
B）选择坯料：计算好挤压比、镦粗比、高径比兼顾坯料的定中要求，选择合理的坯料直径；
C）原材料检验：原材料采用Φ250轧制圆钢，轧制比≥4，冶炼工艺为：EAF+LF+VD,控制原材料的化学成分、淬透性、非金属夹杂物、晶粒度、带状组织、机械性能符合相关技术协议的要求；
D）下料：采用锯床切割下料，下料重量240kg，规格Φ250x622,端面垂直度≤1.5mm；
E）制作玻璃润滑垫：将粉状玻璃润滑剂在专用模具上压制成与下模腔10口部形状、尺寸一致的玻璃润滑垫，一件锻件准备一个玻璃润滑垫；
F）坯料加热：将坯料6放入加热炉内进行加热，坯料加热至1180℃后，保温1.5小时，然后用机械手把坯料6从炉内取出；
G）模具安装：模具安装前将其预热到200±30℃，安装时保证挤压筒5和下模7同心，并调整好挤压缸筒5与下模7的高度位置，固定好模具，模具上模腔12和下模腔10表面喷涂石墨乳润滑剂；
H）放置玻璃润滑垫：放入坯料6前在下模腔10口部放置挤压润滑用的玻璃润滑垫；
I）模锻：把加热好的坯料6从加热炉中取出，放入下模7正中玻璃润滑垫上，挤压冲头4和挤压筒5同时下行，挤压冲头4下平面接触坯料6上端面后继续下行对坯料6进行镦粗，此时坯料6外圆的氧化皮因其直径增大而掉落，挤压冲头4对坯料6进行镦粗的同时要用压缩空气吹除干净掉落在下模7上的氧化皮，在坯料6外圆未接触挤压筒5内上模腔12的内壁前，坯料6的塑性变形主要是镦粗和少量的正挤压，当坯料6外圆接触上模腔12的内壁后，此时坯料6的塑性变形则完全是正挤压变形，当挤压冲头4下行到规定位置后，凸缘和杆轴部完全充满上模腔12和下模腔10，完成挤压，形成输出齿轮轴锻件；
J）取出锻件：挤压行程完成后，挤压冲头4上行，同时液压机滑块带动挤压筒5同步上行，露出输出齿轮轴锻件后，顶出油缸工作，通过顶杆9驱动顶头13将输出齿轮轴锻件顶出，机械手把输出齿轮轴锻件从下模腔10中取出，完成一件输出齿轮轴锻件生产。
这种输出齿轮轴的闭式挤压成型工艺及其锻压模具采用挤压成型工艺，一火成型输出齿轮轴锻件产品，提高锻件的机械性能，降低锻件生产的材料消耗，减少锻件的余量，降低机械加工工时，提高生产效率以及产品的市场竞争力，采用此工艺生产的输出齿轮轴产品质量稳定、一致性好，特别适合批量生产。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种输出齿轮轴的闭式挤压成型锻压模具，其特征是，包括固定设置在液压机上的上模板（1）和下模板（8），所述上模板（1）和下模板（8）上下对应，上模板（1）底部中心设置有挤压冲头（4），所述挤压冲头（4）通过冲头固定座（2）固定在上模板（1）上，挤压冲头（4）下端外侧套接有挤压筒（5），所述挤压筒（5）通过挤压筒拉杆（3）活动连接在冲头固定座（2）上，所述挤压筒（5）底部中心设置有内凹的限位型腔（11），顶部中心设置有用于输出齿轮轴（15）凸缘成型的上模腔（12），所述上模腔（12）与限位型腔（11）相互连通，所述挤压冲头（4）的下端位于所述上模腔（12）内，其与上模腔（12）上下滑动配合；所述下模板（8）顶部中心设置有下模（7），所述下模（7）与挤压冲头（4）上下对应，下模（7）的中心设置有用于输出齿轮轴（15）杆轴成型的下模腔（10），该下模腔（10）的底部与设置在下模板（8）中心的退料孔相互连通，所述退料孔内设置有能够上下垂直活动的顶杆（9），顶杆（9）顶部固定设置有顶头（13），所述顶头（13）位于下模腔（10）内，其与下模腔（10）上下滑动配合；所述下模腔（10）的直径大于其底部退料孔的直径，下模腔（10）顶部呈漏斗形，便于坯料（6）安装定中；所述挤压筒拉杆（3）由“T”型螺杆和与其末端螺纹配合的限位螺母（18）组成；所述冲头固定座（2）上位于挤压冲头（4）的两侧设置有上下连通的上连接孔（16），所述挤压筒（5）顶部外侧设置有横向向外延伸的扩展边，所述扩展边上设置有上下连通的下连接孔（17），所述下连接孔（17）与上连接孔（16）上下对应，所述“T”型螺杆的末端穿过上连接孔（16）和下连接孔（17）并延伸在下连接孔（17）底部下方，所述限位螺母（18）旋接在该延伸端上，挤压筒（5）通过相互配合的限位螺母（18）和“T”型螺杆活动连接在冲头固定座（2）的底部下方；所述上连接孔（16）为沉头孔，其结构形状与“T”型螺杆的头部结构相吻合。
2.根据权利要求1所述的一种输出齿轮轴的闭式挤压成型锻压模具，其特征是，所述挤压冲头（4）呈 “T”字形结构，所述冲头固定座（2）顶部中心设置有与挤压冲头（4）相互配合的衔接孔（14），所述挤压冲头（4）安装在衔接孔（14）内，其下端延伸在冲头固定座（2）底部下方。
3.根据权利要求1所述的一种输出齿轮轴的闭式挤压成型锻压模具，其特征是，所述下模（7）上端外侧倒角，其外轮廓结构与限位型腔（11）相互吻合。
4.一种根据权利要求1至3中任意一项所述输出齿轮轴的闭式挤压成型锻压模具加工输出齿轮轴的闭式挤压成型工艺，其特征是，包括以下步骤：
A）设定工艺路线：依据用户零件图和技术协议及相关要求，制定工艺路线，设计锻件图和模具图；
B）选择坯料：计算好挤压比、镦粗比、高径比兼顾坯料的定中要求，选择合理的坯料直径；
C）原材料检验：原材料采用Φ250轧制圆钢，轧制比≥4，冶炼工艺为：EAF+LF+VD,控制原材料的化学成分、淬透性、非金属夹杂物、晶粒度、带状组织、机械性能符合相关技术协议的要求；
D）下料：采用锯床切割下料，下料重量240kg，规格Φ250x622,端面垂直度≤1.5mm；
E）制作玻璃润滑垫：将粉状玻璃润滑剂在专用模具上压制成与下模腔口部形状、尺寸一致的玻璃润滑垫，一件锻件准备一个玻璃润滑垫；
F）坯料加热：将坯料放入加热炉内进行加热，到温后在加热炉中保温一段时间，然后用机械手把坯料从炉内取出；
G）模具安装：模具安装前进行预热，安装时保证上下模同心，调整好挤压缸筒与下模的高度位置，固定好模具；
H）放置玻璃润滑垫：放入坯料前在下模腔口部放置挤压润滑用的玻璃润滑垫；
I）模锻：把加热好的坯料从加热炉中取出，放入下模正中玻璃润滑垫上，挤压冲头和挤压筒同时下行，挤压冲头下平面接触坯料上端面后继续下行对坯料进行镦粗，此时坯料外圆的氧化皮因坯料直径增大而掉落，挤压冲头对坯料进行镦粗的同时要用压缩空气吹除干净掉落在下模上的氧化皮，在坯料外圆未接触挤压筒内壁前，坯料的塑性变形主要是镦粗和少量的正挤压，当坯料外圆接触挤压筒内壁后，此时坯料的塑性变形则完全是正挤压变形，当挤压冲头下行到规定位置后，上模腔和下模腔完全充满，完成挤压，形成输出齿轮轴锻件；
J）取出锻件：挤压行程完成后，挤压冲头上行，同时液压机滑块带动挤压筒同步上行，露出输出齿轮轴锻件后，顶出油缸工作，通过顶杆驱动顶头将输出齿轮轴锻件顶出，机械手把输出齿轮轴锻件从模具中取出，完成一件输出齿轮轴锻件生产。
5.根据权利要求4所述的一种输出齿轮轴的闭式挤压成型工艺，其特征是，所述步骤F）中坯料在加热炉中加热至温度1180℃，保温时间为1.5小时。
6.根据权利要求4所述的一种输出齿轮轴的闭式挤压成型工艺，其特征是，所述步骤G）中模具预热温度为200±30℃，模具型腔表面喷涂石墨乳润滑剂。
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