CN100439004C - 一种直齿圆柱齿轮冷精密成形装置 - Google Patents

Abstract

一种直齿圆柱齿轮冷精密成形工艺及其装置，其特征在于：采用浮动凹模双向镦挤的冷精密成形工艺，使直齿圆柱齿轮在冷作模具材料强度允许应力范围内一步成形出齿形充满的齿轮。其专用装置的模架是上、下两部分，上半部分内有上油缸、滑块、上压板、上冲头，下半部分内有凹模、下压板、下油缸、下冲头。当压力机下行，滑块、上压板和上冲头受上油缸压力下行时，下冲头不动，凹模、下压板由下油缸压力顶住，凹模有相对速度向下浮动，对凹模内坯料实现双向镦挤成形，上、下冲头端面设有凸块，双向镦挤时，凹模内坯料先镦挤出孔，然后上、下冲头再继续双向镦挤直至最终成形。本发明的优点是：一步成形，工艺简单流程短，达到冷精密镦挤的高效、节能、节材的目的。

Description

一种直齿圆柱齿轮冷精密成形装置

(一)技术领域

本发明属于机械制造行业中冷精密工艺及其装置，特别是一种直齿圆柱齿轮冷精密成形装置。

(二)背景技术

直齿圆柱齿轮(高度H与直径D)目前H/D较大的直齿轮可用正挤压方法解决已不是工程难度，但直齿圆柱齿轮大多数是平扁形的，一般H/D＜1/2～1/10，而扁平型齿轮，只能采用带齿形的冲头，在齿形凹模中镦粗毛坯，使毛坯径向流动而成形，如图1所示，由于凹模2的齿形是逐步变窄的，所以要径向流动充满齿形是相当困难的，或需要相当高的挤压应力(可高达3000～4000Mpa)，使模具承受不了，冷锻模具最高许用应力一般为≤2500Mpa，所以直齿圆柱齿轮成形的最大难点是要寻求既能使齿形充满而模具受力不超过许用范围的冷成形方法。

目前国内外均有研究，图2为日本的二步法冷成形齿轮的工艺图，第一步先预成形，成形出没有充满齿形的预成形坯料，高度比终成形的齿轮要高，然后把该坯料冲孔，将这个带孔的预成形坯料再进行第二步终成形，用中孔分流成形来降低成形应力，使成形应力控制在模具许用应力范围，其它国家也用类似的二步法进行研究，我国南昌大学用Al、Pb等材料对不同成形方法进行模拟试验，但均未用钢材进行过试验。某大学用二步法试验成形了钢质直齿齿轮(如图3所示)，据资料介绍，他们即使用二步成形法，中孔分流减压措施，其成形应力仍高达3000Mpa。国内外的研究均用二步法中孔分流成形来冷成形直齿齿轮，但工艺复杂，需预成形、冲孔、终成形，有的还需要中间退火及二次润滑，工艺流程长，失去精密成形的高效、节能特点，在工业上难以推广应用。

(三)发明内容

本发明的目的正是为了克服上述现有技术所存在的问题与不足，而研究成功的一种直齿圆柱齿轮冷精密成形装置，可直接成形直齿圆柱齿轮，其精度达到8级。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：本发明的直齿圆柱齿轮冷精密成形装置可使直齿圆柱齿轮在冷作模具材料强度允许应力(2500Mpa)范围内一步成形出齿形充满的齿轮。

所用的成形装置采用凹模浮动双向镦挤一步成形，为了在单动压力机上实现双向镦挤的工艺，专门研制一套液压式双向镦挤装置，其结构如图5所示，它包括上下冲头、上下压板、上下油缸、凹模、滑块及模架组成，其中：该装置是为在单动压力机上实现双向镦挤专门设计的一套液压式装置，上油缸(6)设在模架(10)上部，下油缸(7)设在模架(10)下部，滑块(9)上面与上油缸(6)下面接触，下面与上压板(8)上面接触，上压板(8)下面与凹模(2)的上面接触，下压板(8)上面与凹模(2)底面接触，下面与油缸(7)上面接触，上、下油缸(6，7)各设一个输油管(11)与外油箱联接。

在本发明中，所述模架(10)是分上、下两部分，上半部分内有上油缸(6)、滑块(9)、上压板(8)、上冲头(3)，模架(10)，下半部分内有凹模(2)、下压板(8)、下油缸(7)、冲头(4)；所述上、下冲头(3，4)顶端设计有凸块，上冲头(3)尾面与模架(10)上半部分内顶面接触，外圆周与滑块(9)联接，并和上压板(8)接触，下冲头(4)尾面与模架(10)下半部底上面接触，外圆周与下压板(8)接触，上、下双向镦挤过程开始后，上、下冲头顶端凸块最先接触毛坯(1)冲出孔，然后上、下冲头(3，4)面接触毛坯(1)，直至最终镦挤成形直齿圆柱齿轮(5)，双向镦挤过程由始至终上、下冲头(3，4)顶前端外周面与凹模(2)内圆面接触；该装置更换上、下冲头(3，4)和凹模(2)可双向镦挤其它形状的零部件。

本发明的工作原理与过程如下：

毛坯1放入凹模2后，压力机下行，压板8与凹模接触，压力机继续下行，上液压缸6和下液压缸7中的油向外油箱通过输油管11外排，排油压力根据需要可调节，凹模2开始下行，待上冲头3和下冲头4接触毛坯1后，即开始双向镦挤成形过程，由于上冲头3是随压力机滑块9一起下行，设上冲头3下行速度为V₁，由于模架10设计是上、下液压油缸6、7，通过输油管11等速向外油箱排油，在压力机下行时，则两个液压油缸6、7向外排油的速度均为V₁/2，这时凹模2则以V₁/2的速度向下浮动，而上冲头3相对于凹模2来说，有V₁/2的相对速度，下冲头4相对凹模2也有V₁/2的相对速度，压力机下行，当上、下冲头3、4同时接触毛坯1后，就上下同时对毛坯1等速度进行双向镦挤，直至最后成形直齿圆柱齿轮5，用本发明，经计算并经实际测量，双向镦挤成形，可降低成形力30％。

另外，上、下冲头3、4顶端设计有挤孔的凸块，凸块最先接触毛坯1，在挤压毛坯1径向流动充满齿形的同时，也使毛坯1向增高方向变形，待冲头3、4与毛坯1全面接触时有一个镦挤成形充满齿形的效果，这也降低了成形应力。由于采取了上述的措施，使成形应力降低1800～2000Mpa，在模具材料的许用应力2500Mpa的范围内，所以能在工业生产中得到实际应用，目前以成形的几种齿轮，齿轮精度可达8级，对大部分齿轮来说，齿面可不再加工，对精度要求高的齿轮，可加后序剃齿或磨齿工序。

本发明有如下效果：

1、工艺简单流程短，达到冷精密镦挤的高效、节能、节材的目的。

2、目前在实际应用中对直齿圆柱齿轮的扁平齿轮，可实现高度与直径比(高H与直径D)为H/D＜1/2～1/5的生产应用。

3、只需要一步法的一套成形模架，节省了模具材料及加工费用。

4、齿轮齿形精度高，生产效率高。

(四)附图说明

图1直齿圆柱齿轮镦挤径向流动成形示意图

图中：1′为冲头，2′为凹模，3′为坯料，4′为垫板。

图2日本的二步法冷成形齿轮的工艺图。

图3我国某大学的二步法冷成形齿轮的工艺图。

图4毛坯示意图。图中1为毛坯。

图5本发明的浮动凹模双向镦挤一步法冷成形装置示意图(摘要附图)

图中：2为凹模，3为上冲头，4为下冲头，4为成形的齿轮，6为上液压油缸，7为下液压油缸，8为压板，9为滑块，10为模架，11为输油管。

(五)具体实施方式

本发明以下结合附图将结构、动作描述如下：

如图4、5所示：将毛坯1放入凹模2，压力机下行，两个液压油缸6、7由输油管11向外排油，压力机继续下行，上压板8与凹模2接触，凹模2开始下行，上、下冲头3、4接触毛坯1。开始双向镦挤过程，上、下液压油缸6、7继续排油，上、下冲头3、4的凸块同时向毛坯1镦挤出孔，上、下冲头3、4的冲头面同时向毛坯1镦挤，直到凹模2周围齿形模充满完成冷精密镦挤成形齿轮5，镦挤过程结束，压力机上行，上、下液压油缸回油，顶出缸，顶冲头4把齿轮5顶出，取出成形齿轮5，再放进毛坯1重复以上动作。

Claims (3)

1、一种直齿圆柱齿轮冷精密成形装置，其特征在于：本成形装置是由带有齿形的上、下冲头(3，4)、上、下压板(8)、上、下油缸(6，7)、凹模(2)、滑块(9)及模架(10)共同组成，上油缸(6)设在模架(10)上部，下油缸(7)设在模架(10)下部，滑块(9)上面与上油缸(6)下面接触，下面与上压板(8)上面接触，上压板(8)下面与凹模(2)的上面接触，下压板(8)上面与凹模(2)底面接触，下面与下油缸(7)上面接触，上、下油缸(6，7)各设一个输油管(11)与外油箱联接；上、下冲头(3，4)顶端设计有凸块，上下双向镦挤过程开始后，上下冲头顶端凸块最先接触毛坯(1)冲出孔，然后上、下冲头(3，4)面接触毛坯(1)，直至最终镦挤出一步成形的直齿圆柱齿轮(5)，双向镦挤全过程，始终上、下冲头(3，4)顶前端外周面与凹模(2)内圆面接触，以保证齿轮精度。

2、根据权利要求1所述的直齿圆柱齿轮冷精密成形装置，其特征在于：模架(10)是上下两部分，上半部分内有上油缸(6)、滑块(9)、上压板(8)、上冲头(3)、模架(10)，下半部分内有凹模(2)、下压板(8)、下油缸(7)、下冲头(4)。

3、根据权利要求1所述的直齿圆柱齿轮冷精密成形装置，其特征在于：更换上、下冲头(3，4)和凹模(2)可双向镦挤其它形状的零部件。

Images