Способ изготовления конических зубчатых колес

(19) 1 К 13 51)5 ЕТЕН ИСАНИ ЗС)Б К АВТОРСКО ВИДЕТЕЛ ЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Физико-технический институт АН БССР(56) Николаев Г,К. Прогрессивный процессштамповки конических прямозубых шестерен. - Минск, 1970, с.29-33.(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС(57) Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении конических зубчатых Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении конических зубчатых колес и других подобных изделий.Известен способ изготовления конических зубчатых колес, сущность которого заключается в горячей штамповке зубчатого венца поковки, обрезке облоя и пробивке отверстия. Но этим нельзя достичь размерной стойкости зубчатой матрицы, точности зубчатого венца поковки, точности совмещения осей зубчатого венца и отверстия.Известно техническое решение, в котором, с целью повышения качества изделия и производительности штамповки, предварительно деформируют зубья до получения высоты 0,5-0,7 окончательной прямым выдавливанием на проход из заготовки с диаметром, равным делительной окружности готового изделия, проталкивая заготовкучерез матрицу, окончательно деформируют колес и других подобных изделий. Зубья колеса предварительно оформляют высотой до 2/3 высоты зубьев готового колеса, затем поковку удаляют иэ штампа и выдерживают 3-8 с. Производят оформление зубьев высотой, на 1/5 - 1/2 превышающей высоту зубьев готового колеса, а окончательную штамповку, обрезку облоя и пробивку отверстия осуществляют за один рабочий ход. При этом вначале облой обрезают у основания впадин зубьев и обрезают его последовательно от ножек к головкам зубьев по контуру зубчатого венца, затем пробивают отверстие и производят окончательную штамповку путем последовательной осадки зубьев от их головок к ножкам. 9 ил. закрытой осадкой, которую производят за один рабочий ход в том же штампе. Однако и этим нельзя достичь размерной стойкости зубчатой матрицы, точности зубчатого венца поковки, так как окончательное формирование зубьев осуществляется выдавливанием металла из ступицы, что вызывает износ вершин зубьев матрицы, 0Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ го рячей штамповки конических зубчатых колес, при котором формируетея осколке е ) двух зубодеформирующих ручьях, обрезается облой и пробивается отверстие. При этом зубчатые матрицы каждого ручья имеют одинаковые профили зубьев, в первом ручье получают зубья с окончательными размерами, во втором ручье производят калибровку (чеканку) зубьев, изношенную матрицу пер- вогО ручья заменяют матрицей второго ручья, на место которой устанавливается но 17296774 с 50 55 вая матрица, чем увеличивают размерную стойкость зубчатых матриц и качество изделий,Однако известный способ имеет следующие недостатки. Практика эксплуатации зубчатых матриц показывает, что при штамповке происходит интенсивный износ вершин зубьев матриц, что снижает точность зубчатого венца изделия и размерную стойкость матрицы. Это связано с трением при выдавливании металла заготовки во впадины зубьев матрицы и с необходимостью повышать усилие для деформирования металла зубьев, охлажденного при деформировании в первом ручье.Обрезка облоя и пробивка отверстия вызывает деформаци 1 о зубьев поковки. Это происходит в резуль гате действия радиальных и изгибающих сил, сопровождающих обрезку облоя и пробивку отверстия. При пробивке не обеспечивается соосность отверстия с зубчатым венцом. Это вызывается погрешностями зубчатого венца, увеличивающимися по мере увеличения количества штамповок в матрице, которые препятствук; надежной ориентации поковки при пробивке отверстия.Цель изобретения - повышение качества получаемых изделий и стойкости рабочего инструмента,Поставленная цель достигается тем, что в известном способе изготовления конических зубчатых колес путем нагрева заготовки, ее предварительной и окончательной штамповки с оформлением корпуса и зубьев, обрезки облоя и пробивки отверстия, при предварительной штамповке зубья колеса оформляют высотой до 2/3 высоты зубьев готового колеса, затем поковку удаляют из штампа и выдерживают в течение 3-8 с, после чего производят оформление зубьев высотой, на 1/5 - 1/2 превышающей высоту зубьев готового колеса, а окончательную штамповку, обрезку облоя и пробивку отверстия осуществляют за один рабочий ход. При этом в начале облай под. резают у основания впадин зубьев и обрезают его последовательно от ножек к головкам зубьев по контуру зубчатого венца, затем пробивают отверстие и производят окончательную штамповку путем последовательной осадки зубьев от их головок к ножкам.На фиг,1 изображена схема оформления зубьев колеса высотой до 2/3 высоты зубьев готового колеса; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - схема оформления зубьев высотой, на 1/5 - 1/2 превышающей высоту зубьев готового колеса, на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.3; на фиг.5-8 - схемы 5 10 1 с;20 25 30 35 40 последовательности действий окончательной штампови, осуществляемой за один рабочий ход, а именно: на фиг,5 - обрезка облоя; на фиг,6 - пробивка отверстия; на фиг.7 - окончательная штамповка путем последовательной осадки зубьев от их головок к ножкам; на фиг,8 - разрез В-В на фиг,7; на фиг.9 - схема штампа для окончательной штамповки, обрезки облоя и пробивки отверстия, осуществляемых за один рабочий ход.На фиг.1 - 8 обозначено: левая часть схем - положение инструмента и заготовки до реформирования (обработки); правая часть схем - то же после обработки; Г - профиль зуба готового иэделия; 1 - заготовка до обработки; 2 - то же, после обработки;3 - облой; 4 - отход после пробивки отверстия; 5 - зубоформирующая матрица; 6 - деформирующий пуансон; 7 - прошивной пуансон; 8 - матрица для обрезки облоя; Вь Кл, Кл - профиль вершины зуба инструмента (матрицы) и основания зуба поковки на переходах предварительной , промежуточной , окончательнойштамповки; Я, Яп, Я - толщина вершины зуба поковки и ширина впадины матрицы на переходах предварительной , промежуточнойи окончательной () штамповки.На чертежах такжеобозначены заготовки 10 до обработки, заготовка 11 после обработки, нижняя плита 12, пружина 13, верхняя плита 14 и выталкиватель 15.Гредлагаемый способ изготовления конических зубчатых колес реализуют следующим образом.Нагретую заготовку штампуют в штампе для облойного горячего деформирования, В первом ручье оформляют зубья высотой до 2/3 высоты зубьев готового колеса, При этом получают форму профиля основания зуба В, соответствующую вершине зуба матрицы второго ручья йц в зонах контакта этой матрицы с заготовкой перед деформированием, а головке зуба придают форму Яь соответствующую впадине матрицы второго ручья Я в момент касания этой формы в конце деформирования заготовки во втором ручье (фиг.1 и 2), Поковку удаляют из штампа, выдерживают 3-8 с, добиваясь разогрева зубьев до температуры основного металла заготовки, и помещают во второй ручей. Во втором ручье производят оформление зубьев высотой, на 1/5 - 1/2 превышающей высоту готового колеса. При этом вершинам зубьев придают форму Я, соответствующую форме Яп впадин зубьев матрицы окончательного зубодеформирования в момент касания этих вершин впадин матрицы окончательного зубодеформирующегоручья перед деформированием, а основанию впадин зубьев придают форму Вц, соответствующую форме Ви вершин зубьевматрицы для окончательного деформирования в момент касания этими впадинами вершин зубьев матрицы в концедеформирования при окончательном зубоформировании (фиг,3 и 4). Окончательнуюштамповку, обрезку облоя и пробивку отверстия производят в совмещенном штампе, в котором рабочие инструментырасположены так, что обеспечивают последовательное выполнение действий: обрезкуоблоя, пробивку отверстия, окончательное 15деформирование зубчатого венца на оправке путем последовательной осадки зубьевот головки к ножке. При этом обрезная матрица имеет режущую кромку по Форме зубчатого венца с конусной поверхностью, 20образующей с конусной поверхностью облоя впадин зубьев поковки в.исходном по-.ложении угол 5-20. Оправкой служит,прошивной пуансон, установленный нанижней плите штампа. 25Конструкция штампа (фиг,9) включает. зубоформирующую матрицу 5 и прошивнойпуансон 7, установленные соосно на нижней плите 12; обрезную матрицу 8 с режу.щей кромкой по Форме зубчатого венца, 30установленную с возможностью перемещения в осевом направлении под действиемпружин 13, деформирующий пуансон 6, установленный на верхней плите 14,Штамп работает следующим образом. 35Заготовка 10 укладывается в обрезнуюматрицу 8. Поддействием деформирующегопуансона 6 пружины сжимаются и обрезнаяматрица базируется на матрице 5. Конусныевыступы обрезной матрицы надрезают об-. 40лой у основания впадин зубьев поковки и .срезают его последовательно от ножки кголовке зуба по контуру зубчатого венца,.Затем поковка перемещается деформирующим пуансоном 6 до соприкоснорения с 45прошивным пуансоном 7 и производитсяпрошивка отверстия, При дальнейшем движении пуансона 6 поковка перемещается напуансоне 7 в зубоформирующую матрицу Бдля окончательного деформирования, где 50она базируется по конусной поверхностивершин зубьев. Далее зубья поковки осаживаются, причем деформирование происходит последовательно от головки к ножке.зуба, При обратном ходе штампа поковка. 55выталкивается выталкивателем 15 и удаляется из штампа в образовавшееся пространство между деформирующей иобрезной матрицами.Практика показывает, что при предварительной штамповке в первом ручье зубьев высотой более 2/3 высоты. зубьев готового колеса резко увеличивается теплоотвод в матрицу, снижается температура материала зубьев и увеличивается сопротивление деформированию, что снижает качество изделия и стойкость рабочего инструмента. Кроме того, снижается эффективность разогрева зубьев от внутреннего тепла заготовки во время выдержки при передаче поковки во второй ручей. Это объясняется тем, что количество тепла, отдаваемого боковой поверхностью зубьев, начинает превышать количество тепла, которое может быть передано от ступицы заготовки зуба через площадь его основания, что также не способствует достижению цели изобретения.При оформлении в первом ручье высоты зубьев, равной нулю, необходимо набор зубьев высотой, на 1/5 - 1/2 превышающей высоту зубьев готового колеса, производить во втором ручье, что снижает точность изделия и стойкость рабочего инструмента и является признаком другого способа,Превышение высоты зуба на 1/5 - 1/2 от требуемой высоты необходимо для обеспечения окончательного деформирования зубьев осадкой. Деформирование осадкой на порядок уменьшает износ вершин зубьев матрицы,При привышении менее 1/5 из-за существующих погрешностей зубьев не удается достичь качественного оформления зубчатого венца беэ значительного увеличения усилия деформирования. При превышении более 1/2 на боковой поверхности зубьев базируются складки и зажимы, а избыток объема металла зубьев затрудняет оформление впадин зубьев.Экспериментально установлено, что при штамповке стальной заготовки с исходной температурой 1100-1150 С в штампе с температурой 150-300 С, зубчатый венец поковки в момент выталкивания из штампа имеет температуру 540-650 С, Через 3-8 с зубья с модулем 2-7 мм разогреваются до температуры, близкой к исходной температуре заготовки. При 600-700 С пластичность сталей 40 Х, 12 ХНЗА, 20 ХН 2 А и др. (основные стали, применяемые для зубчатых колес автомобилей и тракторов) в два раза ниже, чем при исходной температуре штамповки, Это создает неблагоприятные условия деформирования, При передаче поковки во второй ручей с выдержкой менее 3 с зубья не успевают разогреться за счет тепла ступицы. При выдержке более 8 с зубья, разогревшись до максимальной температуры,начинают охлаждаться, что делает дальнейшую выдержку нецелесообразной.Сравнительные испытания производили при штамповке конического. зубчатого колеса дифференциала заднего моста автомобиля МАЗмодулем гп = 6, числом зубьев л = 18 из стали 20 ХН 2 А. По прототипу поковки штампуют с припуском 0,9-1,2 мм, размерная стойкость матрицы окончательного деформирующего ручья (иэ стали ДИ) 2-5 тыс, штамповок. По предлагаемому способу получали поковки с припуском 0,4 мм, Размерная стойкость матрицы окончательного зубоформирующего ручья из той же стали 24 тыс,Способ позволяет повысить точность обработки в 2-3 раза, размерную стойкость зубоформирующего инструмента (матриц) - более, чем в 4 раза,Формула изобретения Способ изготовления конических зубчатых колес путем нагрева заготовки, ее предварительной и окончательной штамповки с оформлением корпуса и зубьев, обрезки облоя и пробивки отверстия, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения 5 качества получаемых иэделий и стойкостирабочего инструмента, при предварительной штамповке зубья колеса оформляют высотой до 2/3 высоты зубьев готового колеса, затем поковку, удаляют из штампа и 10 выдерживают в течение 3-8 с, после чегопроизводят оформление зубьев высотой, на 1/5 - 1/2 превышающей высоту зубьев готового колеса, а окончательную штамповку, обрезку облоя и пробивку отверстия осуще ствляют за один рабочий ход, причем вначале облой подрезают у оснований впадин зубьев и обрезают его последовательна от ножек к головкам зубьев по контуру зубчатого венца, затем пробивают отверстие и 20 производят окончательную штамповку путем последовательной осадки зубьев от их головок к ножкам,1729677Составитель Л, Желтонога Редактор М. Кобылянская Техред М.Моргентал Корректор М, Максимишине ака 1465 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1