技术领域
[0001] 本
发明涉及一种行星架。特别地，本发明涉及用在车辆的
动力传动系统中的行星架。更特别地，本发明涉及一种一体式行星架及制造该一体式行星架的
热锻工艺。
背景技术
[0002] 行星架被用在周转
齿轮系统中。周转齿轮系统或行星齿轮系统包含如下给出的三种类型的齿轮：
[0003] 1、太阳齿轮(通常仅一个)
[0004] 2、行星齿轮(多于一个)
[0005] 3、齿圈。
[0006] 该齿轮系统以类似于
太阳系中的太阳和各种行星的行
星系统的方式工作。太阳齿轮在系统的中心(类似于太阳系中的太阳)。行星齿轮(通常为两个或更多)与太阳齿轮
啮合且围绕其旋转。齿圈与行星齿轮啮合。旋转运动从太阳齿轮传递到行星齿轮到齿圈或以其它方式围绕。
[0007] 行星齿轮通常被安装到被称为架的可移动部分上。太阳齿轮和行星架的旋
转轴相同，但是它们可以独立于彼此旋转。周转齿轮系统中所有齿轮的
旋转轴彼此大致平行(对于一些特定情况它们可以是成
角度的)。
[0008] 当需要非常高
扭矩的传动或非常高的
传动比时，使用行星齿轮系统或周转齿轮系统。在运动传动期间，多个行星齿轮将旋转运动从太阳齿轮传递到齿圈(或反之亦然)。传动扭矩或负载在行星齿轮之间均等分配。与标准平行轴齿轮系相比，行星齿轮系统或周转齿轮系统被设计为提供高动力
密度，并且适于用在非常大的自动倾卸
卡车、翻斗卡车等的传动系统中。
[0009] 如先前解释的，行星架承载所有行星齿轮。它具有两个圆柱形部分/区段。如图1中示出的，较大圆柱形区段(1A)是中空的，其两端被封闭或被
覆盖。封闭端中的一个具有轴可以穿过的中心孔。另一方面，轴型延伸部(2)被提供。中空圆柱形部分(1A)在其侧表面上具有窗口(3)。行星齿轮通过窗口(3)被安装在中空圆柱形部分(1A)中。太阳齿轮被安装在穿过行星架的中心孔的轴上。行星架的轴和太阳齿轮的轴相同，而各个行星齿轮的轴和太阳齿轮的轴彼此平行。
[0010] 行星架被用在大型翻斗卡车或自动倾卸车等的传动系统中。由于行星架的复杂几何机构，其通常典型地通过
锻造被制造成两个部分(在图1A和图1B中被表示为部分1和部分2)，然后被连结在一起以实现最终形状。然后，单独制造的各个部分(部分1和部分2)通过
焊接或
螺栓连接被连结在一起。在一些情况下，金属片材锻造工艺也用于制造各个部分(部分
1和部分2)。
[0011] 若干
专利或专利
申请公开了行星架。然而，均未公开使用热锻方法制成且用在
汽车工业中的一体式行星架。
[0012] 专利CN103615525A和CN104148797B均公开以两部分制造行星架，然后通过EBW或焊接或螺栓连接将它们连结。
[0013] 专利US3667324、US3842481、US4043021、US5558593、US7214160以及US4721014均公开使用金属片材形成制成的行星架，并且典型地形成行星架的两个板构件使用连结(焊接、螺栓连接等)方法被连结在一起。这些专利均没有公开一体形成的行星架。
[0014] 美国专利9702451公开一种结构上开放且将需要封闭的行星架。此外，该专利没有公开制造行星架的方法。
[0015] 中国专利CN103769825使用制造不具有封闭结构的行星架的
冷锻方法，其将需要单独的封闭盖。
[0016] 中国专利CN102829171、CN203809666以及CN204327937均公开使用
铸造制成的一体形成的行星架。锻造部分具有使用铸造技术不能获得的更可取的性能。
[0017] 中国专利103963233公开一种使用注射成型技术由塑料制成的一体式行星架。器不能应用到金属行星架。
[0018] 最后，德国专利申请DE102011011438公开一种使用辊轧成形操作的制造方法，该辊压成形操作利用增量锻造技术。行星架不是一体制成且包含多个部分的连结。
[0019] 如
现有技术公开的传统方法具有下列与其相关的缺点：
[0020] 1、由于架被制成两部分，然后连结，所以与一体式部件相比，其强度内在地较小，因为焊接强度取决于焊接
质量和其
位置。
[0021] 2、制造工艺变得冗长，这是因为两个部分必须单独制造，然后必须实施连结工艺。
[0022] 3、当铸造方法被用于制造一体式行星架时，然后它将具有“铸态”显微组织，该显微组织具有许多铸造
缺陷和较低机械性能。该部分的显微组织将包括枝状晶和如空隙、裂缝、显微疏松等
铸造缺陷。
[0023] 因此，现有技术上存在提升空间，因为一体式行星架及通
过热锻工艺制造该一体式行星架的方法将不仅仅增加部件的强度而且降低制造周期。
发明内容
[0024] 本文的至少一个
实施例满足的本公开的一些目标如下：
[0025] 本发明的目标是提供一种一体(单件)式行星架。
[0026] 本公开的另一目标是提供通过热锻工艺制造一体式行星架的方法。
[0027] 本公开的又一目标是提供一种具有较好强重比的一体式行星架。
[0028] 本公开的其它目标和优点由不旨在限制本公开范围的下列描述将更明显。
[0029] 本发明涉及一种无连结部的一体式行星架及制造该一体式行星架的方法。与常规生产的多件连结的行星架或由铸造工艺制成的一体式行星架相比，这种一体制造的部件具有更好的强度。
[0030] 本发明提供可以被用于制造行星架的热锻工艺。该制造工艺包括正
挤压然后反挤压坯料(未示出)。接下来是弯曲操作，然后接着是压平操作。
[0031] 正挤压操作、反挤压操作、弯曲操作和压平操作在具有足够
能量和负载能力的压机或锻锤上完成。优选地，这些操作在液压机上执行以便实现所需的准确度和精密度。
附图说明
[0032] 图1A和图1B示出现有技术的典型行星架。
[0033] 图1C和图1D示出本发明的一体式行星架。
[0035] 图3A示出正挤压工艺使用的机构(set-up)的示意图。
[0036] 图3B和图3C示出在正挤压工艺之后获得的第一预制件。
[0037] 图4A示出反挤压工艺使用的机构的示意图。
[0038] 图4B和图4C示出在反挤压工艺之后获得的第二预制件。
[0039] 图5示出在压平操作之后获得的锻造的一体式行星架，图5A示出主视图，图5B示出一体式行星架的截面图。
[0040] 各部分的列表
[0041] 1-行星架 7B-锻态(as forged)的一体式行星架的头部部分
[0042] 1A-行星架的圆柱形部分 7C-经处理的一体式行星架
[0043] 2-行星架的轴型延伸部 7D-最终的一体式行星架
[0044] 3-圆柱形部分(1A)的侧表面上的窗口 FT-正挤压上模
[0045] 4-第一预制件 FB-正挤压下模
[0046] 4A-第一预制件的圆柱形部分或头部 BT-反挤压上模
[0047] 4B-第一预制件的小直径圆柱形部分或轴 BB-反挤压下模
[0048] 5-第二预制件 DT-弯曲/
变形上模
[0049] 5A-第二预制件的带壁(walled)中空部分或
盲孔 DB-弯曲/变形下模[0050] 5B-第二预制件的小直径圆柱形部分或轴 FLT-压平上模
[0051] 6-第三预制件 FU1-用于正挤压的下模中的上腔室(第一上腔室)
[0052] 7-锻态一体式行星架 FL1-用于正挤压的下模中的下腔室(第一下腔室)[0053] 7A-锻态一体式行星架的压平部分
[0054] S1-用于反挤压的下模中的上腔室(第一子腔室)
[0055] S2-用于反挤压的下模中的下腔室(第二子腔室)
[0056] C1-弯曲下模中的上腔室(第二上腔室) R-撞锤(Ram)
[0057] C2-弯曲下模中的下腔室(第二下腔室) R1-凹部
具体实施方式
[0058] 本发明涉及使用热锻工艺制造用于行星齿轮系统的行星架(1)。本发明的关键发明特征是一体式行星架及制造该一体式行星架的工艺的设计和开发。
[0059] 根据本发明，该制造工艺开始于作为原材料的锻造坯料。原材料在炉中被加热到需要的
温度，然后在压机中进行正挤压。如从图1中可见，行星架具有大圆柱形区段(1A)和较小圆柱形区段(2)。在正挤压工艺期间在坯料中产生这两个区段之间的直径差(由图3中的4A&4B表示)。因此，正挤压操作对原材料给出需要的材料分布。然后，经正挤压的坯料被传递到反挤压模，在此处完成反挤压操作。
[0060] 然后，经反挤压的预制件被冷却到室温。该预制件被加热，然后被传递到锻压机，在此处，执行弯曲操作，然后压平操作。该操作使部件成为其最终形式。在另一实施例中，经反挤压的预制件被直接传递到弯曲站和压平站，且整个工艺被执行而无任何中间再加热。
[0061] 热锻之后为
热处理工艺，然后是
机械加工工艺。
[0062] 行星架制造工艺
[0063] 如图2中示出的，所发明的制造工艺通常包含下列步骤：
[0064] 1、坯料或原材料加热
[0065] 所需材料化学的锻造坯料被用于此工艺。该操作采取的坯料的截面和长度基于待生产的部分的材料需要被预定。坯料的横截面可以是圆形或圆化横截面(RCS)。优选地，使用圆形横截面。坯料在燃油/燃气炉或电炉中在1150℃-1280℃的温度范围内被加热足够均热时间以实现加热的坯料的均匀温度。此工艺的输出是加热的坯料。
[0066] 2、正挤压
[0067] 正挤压是在撞锤被用于施加压力时坯料被迫使在相同方向上流动的工艺。正挤压工艺使用正挤压上模(FT)和正挤压下模(FB)(见图3A)的组合来完成。连接到撞锤的正挤压上模的外表面紧配合下模腔室，由此阻止
材料挤压经过其，并控制材料在与撞锤相同的方向上流动。
[0068] 该操作在正挤压站处使用具有所需能量和负载能力的锻造装备在加热的坯料上实施。加热的坯料被放置在沿着所述正挤压上模(FT)的纵向轴线同轴对准的下模(FB)上，并使用上模-下模组合经受正挤压。正挤压上模(FT)轴向地且同轴地朝向所述加热的坯料移动，直至产生所述第一预制件。该操作对反挤压步骤给予所需的材料分布。正挤压操作的输出是第一预制件(4)，其具有实心的上圆柱形区段或头部(4A)和实心的下圆柱形区段或轴(4B)，实心头部(4A)部分的直径大于轴(4B)的直径。
[0069] 正挤压步骤中使用的正挤压上模(FT)为圆柱形截面的，并且具有的直径等于或稍微小于加热的坯料的直径。
[0070] 该操作中使用的下模(FB)包括具有两个直径的腔室。腔室的上部分(或第一上腔室FU1)的直径等于实心的圆柱形头部截面4A所需的直径，且其长度/深度比加热的坯料的长度大至少1.5倍。进一步，应注意，用作该操作的输入的加热的坯料的直径也等于或稍微小于上腔室的直径，使得加热的坯料能容易插入到第一上腔室(FU1)中。腔室的下部分(或第一下腔室FL1)的直径符合轴4B所需的直径，且其长度/深度比轴4B所需的长度大1mm至50mm。
[0071] 3、反挤压
[0072] 然后，经正挤压的第一预制件(4)经受反挤压操作。重要的是最小化将第一预制件(4)传递到反挤压站的时间，以使第一预制件的温度降低不多于其在正挤压工艺的结束时的温度的5％-10％。
说明书所提议的反挤压与正挤压相反，且在反挤压中金属被迫使在与撞锤方向相反的方向上流动。反挤压上模(BT)(被附接到撞锤)的侧表面从该反挤压上模(BT)的底面周向凹进直到长度L1，以根据需要在第一预制件产生凹部(或中空部-R1)的镜像。第一预制件的头部(4A)的材料在由反挤压上模(BT)的移动施加的力作用下流入该间隙或凹部(R1)中，以产生具有开口端的带壁中空部分(5A)(第二预制件-5)。
[0073] 在优选实施例中，用于正挤压步骤和反挤压步骤的下模是相同的物理模。
[0074] 然而，可能使用物理上不同的下模。在此情境中，下模具有由两个子腔室制成的腔室，每个子腔室具有不同于另一子腔室的直径。第一子腔室(S1)的直径等于带壁中空部分(5A)所需的外径。第一子腔室(S1)的长度大于带壁中空部分(5A)的长度，即L。第二子腔室(S2)直径便于容纳实心圆柱形轴(5B)。第二子腔室的长度比实心圆柱形轴(5B)的长度大1mm至50mm。在另一实施例中，第二子腔室的长度等于实心圆柱形轴(5B)的长度。
[0075] 在物理上不同的下模被用于反挤压操作的情况下，第一预制件被居中放置在第二子腔室上，以使第二子腔室的中心纵向轴线和第一预制件的中心纵向轴线对准。
[0076] 在撞锤推动反挤压上模(BT)时，实心圆柱形头部(4A)的材料流入凹部(R1)中，即下模(BB)的内壁与反挤压上模(BT)之间的空隙。反挤压操作产生具有带壁中空部分(5A)和实心圆柱形轴(5B)的第二预制件(5)(见图4B和图4C)，该带壁中空部分(5A)具有外长度L和内长度L1。
[0077] 反挤压上模(BT)中提供的周向凹部(R1)的长度基本上与带壁中空部分(5A)的内长度(L1)相同。
[0078] 在反挤压期间，预制件的较小直径不改变，即轴4B的直径等于轴5B的直径。该操作可以在具有足够负载和能量能力的任何锻造装备上完成。优选地，该操作在液压机上完成。该工艺的输出是第二预制件(5)。
[0079] 4、加热第二预制件
[0080] 在任何阶段将第二预制件的温度维持为高于最低锻造温度是重要的。优选地，最低锻造温度是900℃。如果第二预制件的温度下降到低于此值，则第二预制件被加热到1150℃-1280℃的温度范围。可以将带壁中空部分(5A)简单加热到1150℃-1280℃的温度范围而不加热轴5B。第二预制件的加热使用
感应加热器或者燃油或燃气炉完成。在第二预制件被加热的情况下，该操作的输出是加热的第二预制件。
[0081] 5、弯曲
[0082] 弯曲操作可以在具有足够能量和负载能力的任何铸造装备中完成。优选地，其在液压机上完成。该操作的输出是第三预制件(6)。在该操作中，第二预制件或加热的第二预制件的中空部分或盲孔(5A)的靠近其开口端的一些部分使用弯曲上模朝向该预制件的中心纵向轴线变形(或弯曲或倾斜)，以相对于第二预制件的中心纵向轴线形成一角度，从而产生倾斜壁。
[0083] 第二预制件被放置在弯曲下模中。弯曲下模包括具有两个不同直径的腔室(C)，以便完全容纳第二预制件的轴部分(5B)并部分地容纳带壁中空部分(5A)。
[0084] 该腔室(C)的下区段(C1)(第二下腔室)符合加热的第二预制件的圆柱形区域5B的直径。进一步，该腔室的长度等于或大于5B的长度。
[0085] 弯曲下模腔室的上区段(C2)(第二上腔室)具有符合带壁中空部分(5A)外径的直径。上腔室(C2)长度是带壁中空部分(5A)长度(L)的约30％-80％。因此，第二预制件的中空部分(5A)以一突出部的长度突出超过弯曲下模的顶表面，该突出部的长度为带壁中空部分(5A)的外长度L的20％-70％的量(0.2L至0.7L，参见图4A)。如以上解释的，中空部分(5A)的突出到弯曲下模外的部分向内(朝中心纵向轴线)弯曲/倾斜。
[0086] 在弯曲操作中通过将弯曲上模朝下模移动来实施变形。弯曲上模具有圆锥形的内腔室，其相对于弯曲上模的中心纵向轴线成一角度倾斜的表面被推向第二预制件。当从中心纵向轴线测量时，该角度小于90度，优选为在15度至55度。在其
接触第二预制件时，第二预制件的伸出超过弯曲下模的部分在由于上模移动施加的力作用下变形。该操作的输出是第三预制件(6)。中空部分(5A)的其余未变形部分保持基本上平行于第三预制件(6)的纵向轴线。
[0087] 在该操作中，第三预制件(6)的较小直径部分也保持未变形。
[0088] 6、压平
[0089] 用于压平操作的下模与用于弯曲操作的下模相同。仅上模由具有第二环状凹部或环形腔室的压平上模替代以用于压平操作。该环形腔室的外径等于锻态一体式行星架(7)的头部部分(7B)的外径。该环形腔室的内径等于7A的内径D(如图5B中示出的)。在压平操作中，第三预制件(6)的变形/弯曲/倾斜壁部分被进一步变形以将其压平来形成压平部分(7A)。压平表面基本上垂直于纵向轴线。在该操作中，预制件的较小直径部分也保持未变形。该操作的输出是如图5中示出的热锻的一体式行星架(7)。
[0090] 7、热处理操作和锻后操作
[0091] 然后，由此产生的热锻的一体式行星架(7)被热处理以实现所需的机械性能。如
喷丸等的锻后操作视情况也在该部件上实施。该操作的输出是经处理的一体式行星架。
[0092] 8、机械加工
[0093] 热锻的一体式行星架的区段被雕刻(carve out)且被机械加工，从而产生如图1(C和D)中示出的最终的一体式行星架。
[0094] 本文公开的工艺因此生产一种行星架(1)，该行星架(1)是一体式物体或一体形成的物体、无连结部且使用热锻技术制成。
[0095] 作为本发明的另一方面，公开用于生产一体形成的行星架的设备。其包括顺序放置的以下工具：
[0096] -用于加热坯料的坯料加热站；
[0097] -用于将所述坯料正挤压成第一预制件(4)的正挤压站；
[0098] -用于将所述第一预制件(4)反挤压成第二预制件(5)的反挤压站；
[0099] -用于使所述第二预制件(5)的带壁中空部分(5A)变形以产生具有变形或弯曲或倾斜带壁中空部分的第三预制件(6)的弯曲站；
[0100] -用于将所述变形或弯曲或倾斜带壁中空部分压平以产生锻态的一体式行星架(7)的压平站；
[0101] -用于将所述锻态的一体式行星架处理成经处理的一体式行星架(7C)的热处理和锻后处理站；
[0102] -用于将所述经处理的一体式行星架(7C)机械加工成所述最终的一体式行星架(7D)的机械加工站。
[0103] 由前述讨论明显的是，这里公开的弯曲站需要锻造装备，优选为液压机，弯曲上模(DT)和弯曲下模(DB)放置在该锻造装备中，弯曲上模和弯曲下模被同轴放置，且其中所述弯曲上模(DT)具有面向所述弯曲下模(DB)的圆锥形腔室，其中当所述第二预制件(5)被放置在所述弯曲下模(DB)上时，所述弯曲上模(DT)能够朝所述弯曲下模(DB)移动以便容纳所述第二预制件(5)的突出部。进一步，当从其中心纵向轴线时，所述圆锥形腔室的表面具有小于90度的角度，优选为15度至55度的角度。在这里公开的设备的另一方面中，压平站具有压平上模(FLT)，该压平上模具有第二环状凹部或环形腔室。最后，如果需要，加热站被设置在反挤压站与弯曲站之间以加热所述第二预制件(5)，以便确保第二预制件的温度不降低到低于最低的所需锻造温度。
[0104] 此发明的益处如下：
[0105] 1、在此发明中，提出一种制造工艺，该制造工艺允许使用整体/热锻方法制造无连结部的行星架。因此，本工艺的输出是具有由于热锻工艺实现的优异产品性能的一体式行星架(如图1C&图1D中示出的)。
[0106] 2、部件的一体性质提高部件的强度，这增加其寿命。
[0107] 3、部件的锻造结构(即，连续晶粒
流线、等轴晶/显微组织、
各向异性以及无任何空隙、微孔或裂缝)也提高部件的机械性能和疲劳性能，因此增加其寿命。
[0108] 4、锻造工艺流的发明特征是顺序锻造步骤和锻造模，该锻造模导致在锻态条件下形成的封闭或覆盖结构的形成(如图5B中示出的)，从而消除对使用如焊接、螺栓连接等的任何连结方法的需要。
[0109] 5、这里公开的设备允许生产行星架，该行星架是一体式物体或一体形成的物体、无连结部且使用热锻技术制作。
[0110] 虽然以上描述包含许多特异性，但是这些不应被解释为限制本发明的范围，而是作为其优选实施例的范例。必须认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，基于以上给出的本公开能够进行更改和变化。相应地，本发明的范围应当不是由示出的实施例确定，而且由随附
权利要求书和其法定等同物来确定。
