CN107186158A - 基于板料体积成形的双联齿轮锻造工艺与模具 - Google Patents

基于板料体积成形的双联齿轮锻造工艺与模具 Download PDF

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Abstract

一种金属塑性成形技术领域的基于板料体积成形的双联齿轮锻造工艺和模具，首先根据设计的成品通过激光切割或冲裁获取环形板坯，环形板坯的轴孔与成品轴孔尺寸相同；然后剪切成形法兰内齿，同时内齿外侧的法兰部分镦粗减薄；最后挤压成形法兰外齿。本发明在一个工序中先后完成法兰内齿的剪切成形、内齿外侧法兰区域的镦粗减薄以及法兰外齿的挤压成形，成形的双联齿轮表面质量好、尺寸精度高，材料利用率高，属于近净成形，同时还具有模具成本低的优点。

Description

基于板料体积成形的双联齿轮锻造工艺与模具
技术领域
本发明涉及的是一种金属塑性成形领域的技术，具体是一种基于板料体积成形的双联齿轮锻造工艺与模具。
背景技术
双联齿轮作为一种重要的传动零件，形状复杂、精度和强度要求高，一般采用机加工、粉末冶金烧结、精冲、摆碾或热锻的方式进行制造。
机加工和粉末冶金烧结的双联齿轮具有较高的精度，但是强度往往较低，在一些力学性能要求较高的传动***中难以适用；精冲成形的双联齿轮，具有较高的强度和精度，但是对于精冲设备有较高的依赖性，且通常需要多工序完成，模具成本较高；摆碾工艺属于渐进成形、成形载荷较小，且材料在加热时塑性改善，可生产复杂程度较高的零件，虽然成形的零件具有较高的精度和强度，但是加工周期较长，且制坯过程材料的利用率较低。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种基于板料体积成形的双联齿轮锻造工艺与模具，能够在一个工序中先后完成法兰内齿的剪切成形、内齿外侧法兰区域的镦粗减薄以及法兰外齿的挤压成形，成形的双联齿轮表面质量好且尺寸精度高。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种基于板料体积成形的双联齿轮锻造工艺，首先根据设计的成品获取相应的环形板坯，环形板坯的轴孔与成品轴孔尺寸相同；然后剪切成形法兰内齿，同时内齿外侧的法兰部分镦粗减薄；最后挤压成形法兰外齿。
本发明涉及一种采用上述工艺正向成形锻造双联齿轮的模具，包括同轴设置的凸模、凹模、凹模镶块和顶杆，其中：凹模设有成形腔，成形腔上部设有凸模、下部设有环状的凹模镶块，凸模、凹模镶块与凹模均为间隙配合并且相对于成形腔可纵向移动设置，凹模镶块套设在顶杆上，顶杆顶部与凹模镶块中心轴孔间隙配合，顶杆顶面高度低于凹模镶块顶面高度、两者高度差恒定，环形板坯设置在凸模与凹模镶块、顶杆之间；
所述的凸模外侧、凹模镶块外侧和凹模内侧周向阵列有相互配合的外齿，所述的凹模镶块内侧以及顶杆顶部外侧周向阵列有相互配合的内齿；
所述的凸模设有与之同心的芯轴，所述的芯轴穿过环形板坯的轴孔、两者间隙配合；
所述的凹模镶块与环形板坯的顶面相抵，所述的凸模与环形板坯的底面相抵。
所述的顶杆设有芯轴孔。
本发明涉及一种采用上述工艺反向成形锻造双联齿轮的模具，包括同轴设置的凸模、碟形弹簧芯、碟形弹簧组、背压反顶块、凹模和凹模镶块，其中：凹模设有成形腔，成形腔上部设有凸模、下部设有环状的凹模镶块，凸模内从上至下依次设置有碟形弹簧芯、碟形弹簧组和背压反顶块，凸模分别与凹模、背压反顶块间隙配合并且相对于成形腔、背压反顶块可纵向移动设置，环形板坯设置在凸模、背压反顶块与凹模镶块之间；
所述的凹模内侧和凹模镶块外侧、凸模外侧周向阵列有相互配合的外齿，所述的凸模内侧和背压反顶块外侧周向阵列有相互配合的内齿；
所述的凹模镶块设有与之同心的芯轴、两者配合形成卸料反顶结构，所述的芯轴穿过环形板坯的轴孔、两者间隙配合，所述的芯轴与背压反顶块径向间隙配合；
所述的背压反顶块、凸模与环形板坯的顶面相抵，所述的凹模镶块与环形板坯的底面相抵。
所述两种成形方式的凹模底部均设有凹模垫块。
技术效果
与现有精冲技术需要三道工序相比，本发明在一个工序中先后完成法兰内齿的剪切成形、内齿外侧法兰区域的镦粗减薄以及法兰外齿的挤压成形，提高了生产效率；精冲技术锻造的双联齿轮往往存在塌角，而本发明制造的双联齿轮外齿无塌角，内齿塌角减少50％；而与现有热锻技术相比，可以避免下料后的加热工序，提高了成形效率，并且本发明冷成形表面相比热成形质量更好，无需后续机加工。
附图说明
图1为本发明中双联齿轮结构示意图；
图中：(a)为立体结构示意图，(b)为俯视图，(c)为(b)中的A-A剖面图；
图2为本发明的工艺流程示意图；
图3为本发明中锻造模具示意图；
图中：(a)为实施例1中正向成形模具示意图，(b)为实施例2中反向成形模具示意图；
图4为成形前后环形板坯变化示意图；
图中：(a)为实施例1中正向成形前后环形板坯变化示意图，(b)为实施例2中反向成形前后环形板坯变化示意图；
图5为本发明的卸料过程示意图；
图中：(a)为正向成形模具的卸料过程示意图，(b)为反向成形模具的卸料过程示意图；
图6为实施例1与精冲工艺成形的双联齿轮的塌角对比示意图；
图中：(a)为现有技术制造的双联齿轮，(b)为实施例1制造的双联齿轮；
图7为现有技术锻造工艺流程图；
图中：凸模1、碟形弹簧芯2、碟形弹簧组3、背压反顶块4、凹模5、凹模镶块6、芯轴7、凹模垫块8、顶杆9、法兰内齿10、法兰外齿11。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例涉及一种双联齿轮，所述的双联齿轮总高t1，法兰外齿11高t2，法兰内齿10高t1-t2，芯部有直径为d1的轴孔，法兰内齿10均布在直径d2的法兰外圆周上，法兰外齿11均布在与轴孔和中心法兰同心的直径d3的外圆周上。
如图2所示，本实施例涉及一种基于板料体积成形的双联齿轮锻造工艺，首先根据设计的成品，通过激光切割或冲裁获得环形板坯，环形板坯的原始厚度为t1、外径为d0、内径为d1；然后剪切成形法兰内齿10，同时内齿外侧的法兰区域镦粗减薄，此阶段成形所需的载荷较小，法兰内齿10的齿形尺寸精度较高、齿顶存在塌角；最后挤压成形法兰外齿11，此阶段成形所需的载荷较大，齿形填充效果较好、表面质量较高，且由于加工硬化，法兰外齿11的强度较高。
如图3(a)和图5(a)所示，本实施例涉及一种采用上述工艺正向成形锻造双联齿轮的模具，包括同轴设置的凸模1、凹模5、凹模镶块6和顶杆9，其中：凹模5设有成形腔，成形腔上部设有凸模1、下部设有环状的凹模镶块6，凸模1、凹模镶块6与凹模5均为间隙配合并且相对于成形腔可纵向移动设置，凹模镶块6套设在顶杆9上，顶杆9顶面高度低于凹模镶块6顶面高度，环形板坯设置在凸模1与凹模镶块6、顶杆9之间；
所述的凸模1外侧、凹模镶块6外侧和凹模5内侧周向阵列有相互配合的外齿，所述的凹模镶块6内侧以及顶杆9顶部外侧周向阵列有相互配合的内齿；
所述的凸模1设有与之同心的芯轴7，所述的芯轴7穿过环形板坯的轴孔、两者间隙配合；
所述的顶杆9与环形板坯的顶面相抵，所述的凸模1与环形板坯的底面相抵。
所述的顶杆9设有芯轴孔，所述芯轴孔的孔深可以满足成形时芯轴7的移动，保证顶杆9与芯轴7之间不发生干涉。
所述的凹模镶块6在轴孔内侧底部设有倒角，顶杆9对应设置，且顶杆9底部为楔形，便于卸料脱模。
所述的凹模5底部设有凹模垫块8。
在正向成形过程中，凸模1沿着纵向向下运动，法兰内齿10在凹模镶块6和顶杆9的内齿作用下开始剪切成形，同时法兰内齿10外侧的法兰部分在凸模1和凹模镶块6的作用下镦粗减薄，面积不断增大；当法兰部分镦粗到一定程度时，法兰外侧开始和凹模5内侧壁接触，开始法兰外齿11的挤压成形；成形前后环形板坯的结构变化如图4(a)所示。
在正向成形完成后，如图5(a)所示，凸模1首先向上运动，退出成形腔，待凸模1退出成形腔后，顶杆9推动凹模镶块6向上运动，将双联齿轮推出成形腔，完成卸料。
实施例2
如图3(b)和图5(b)所示，本实施例涉及一种基于板料体积成形工艺采用反向成形锻造双联齿轮的模具，包括同轴设置的凸模1、碟形弹簧芯2、碟形弹簧组3、背压反顶块4、凹模5和凹模镶块6，其中：凹模5设有成形腔，成形腔上部设有凸模1、下部设有环状的凹模镶块6，凸模1设置有轴孔，轴孔中从上至下依次设置有碟形弹簧芯2、碟形弹簧组3和背压反顶块4，凸模1分别与凹模5、背压反顶块4间隙配合并且相对于成形腔、背压反顶块4可纵向移动设置，环形板坯设置在凸模5、背压反顶块4与凹模镶块6之间；
所述的凹模5内侧和凹模镶块6外侧、凸模1外侧周向阵列有相互配合的外齿，所述的凸模1内侧和背压反顶块4外侧周向阵列有相互配合的内齿；
所述的凹模镶块6设有与之同心的芯轴7、两者配合形成卸料反顶结构，所述的芯轴7穿过环形板坯的轴孔、两者间隙配合，所述的芯轴7与背压反顶块4在径向间隙配合；
所述的背压反顶块4、凸模5与环形板坯的顶面相抵，所述的凹模镶块6与环形板坯的底面相抵。
所述的背压反顶块4外侧为阶梯状圆筒结构，凸模1在轴孔中设置有对应结构；在碟形弹簧组3作用下，背压反顶块4可以提供背压，防止材料快速流动产生凹陷。
所述的凹模镶块6在轴孔内侧底部设有倒角，芯轴7对应设置，且芯轴7端部设有倒角。
所述的凹模5底部设有凹模垫块8。
在反向成形过程中，凸模1纵向向下运动，环形板坯在凸模1的作用下，首先开始法兰内齿10的剪切成形和内齿外侧法兰部分的镦粗；当外侧法兰区域变薄、面积变大从而接触到凹模5内侧壁时，开始法兰外齿11的挤压成形；成形前后环形板坯的结构变化如图4(b)所示。
在反向成形完成后，如图5(b)所示，凸模1首先向上运动，退出成形腔，待凸模1退出成形腔后，芯轴7推动凹模镶块6向上运动，将双联齿轮推出成形腔，完成卸料。
效果总结
如图1和图6所示，与现有技术相比，上述实施例中以d1为8mm、d2为15mm、d3为35mm、t1为4mm、t2为2mm的双联齿轮为例，工艺相比精冲工艺的改进具体表现为：法兰外齿塌角可以由精冲的0.5mm减小至0，法兰内齿塌角由精冲的0.6mm减小至0.5mm；同时本实施例工艺相比精冲工艺，坯料直径d0有所减小，可减少用料。
如图2和图7所示，与现有技术相比，上述实施例1和实施例2通过采用冷成形，相比热锻或温锻技术，可以有效降低能耗，减少加热过程中产生的碳排放量。

Claims (10)

1.一种基于板料体积成形的双联齿轮锻造工艺，其特征在于，首先根据设计的成品获取环形板坯，环形板坯的轴孔与成品轴孔尺寸相同；然后剪切成形法兰内齿，同时内齿外侧的法兰部分镦粗减薄；最后挤压成形法兰外齿。
2.根据权利要求1所述的基于板料体积成形的双联齿轮锻造工艺，其特征是，所述的环形板坯通过激光切割或冲裁获得。
3.一种基于权利要求1所述工艺正向成形锻造双联齿轮的模具，其特征在于，包括同轴设置的凸模、凹模、凹模镶块和顶杆，其中：凹模设有成形腔，成形腔上部设有凸模、下部设有环状的凹模镶块，凸模、凹模镶块与凹模均为间隙配合并且相对于成形腔可纵向移动设置，凹模镶块套设在顶杆上，顶杆顶部与凹模镶块中心轴孔间隙配合，顶杆顶面高度低于凹模镶块顶面高度、两者高度差为法兰内齿齿高，环形板坯设置在凸模与凹模镶块、顶杆之间；
所述的凸模外侧、凹模镶块外侧和凹模内侧周向阵列有相互配合的外齿，所述的凹模镶块内侧以及顶杆顶部外侧周向阵列有相互配合的内齿；
所述的凸模设有与之同心的芯轴，所述的芯轴穿过环形板坯的轴孔、两者间隙配合；
所述的凹模镶块与环形板坯的顶面相抵，所述的凸模与环形板坯的底面相抵。
4.根据权利要求3所述工艺锻造双联齿轮的模具，其特征是，所述的顶杆设有芯轴孔。
5.一种基于权利要求1所述工艺反向成形锻造双联齿轮的模具，其特征在于，包括同轴设置的凸模、碟形弹簧芯、碟形弹簧组、背压反顶块、凹模和凹模镶块，其中：凹模设有成形腔，成形腔上部设有凸模、下部设有环状的凹模镶块，凸模内从上至下依次设置有碟形弹簧芯、碟形弹簧组和背压反顶块，凸模分别与凹模、背压反顶块间隙配合并且相对于成形腔、背压反顶块可纵向移动设置，环形板坯设置在凸模、背压反顶块与凹模镶块之间；
所述的凹模内侧和凹模镶块外侧、凸模外侧周向阵列有相互配合的外齿，所述的凸模内侧和背压反顶块外侧周向阵列有相互配合的内齿；
所述的凹模镶块设有与之同心的芯轴、两者配合形成卸料反顶结构，所述的芯轴穿过环形板坯的轴孔、两者间隙配合，所述的芯轴与背压反顶块径向间隙配合；
所述的背压反顶块、凸模与环形板坯的顶面相抵，所述的凹模镶块与环形板坯的底面相抵。
6.根据权利要求3所述正向成形锻造双联齿轮的模具，其特征是，所述的凹模镶块在轴孔内侧底部设有倒角，顶杆对应设置，且顶杆底部为楔形。
7.根据权利要求5所述反向成形锻造双联齿轮的模具，其特征是，所述的凹模镶块在轴孔内侧底部设有倒角，芯轴对应设置，且芯轴底部为楔形。
8.根据权利要求5所述反向成形锻造双联齿轮的模具，其特征是，所述的背压反顶块为阶梯状圆筒结构，凸模在轴孔中设置有对应结构；背压反顶块与凸模的最大相对移动距离为法兰内齿高高度。
9.根据权利要求3或5所述锻造双联齿轮的模具，其特征是，所述的凹模镶块与凹模两者的底部齐平。
10.根据权利要求9所述锻造双联齿轮的模具，其特征是，所述的凹模底部设有凹模垫块。
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