CN202621811U - 一模一锤锻成复合齿轮的柱齿斜齿形和锥齿形精锻模具 - Google Patents

一模一锤锻成复合齿轮的柱齿斜齿形和锥齿形精锻模具 Download PDF

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Abstract

一模一锤锻成复合齿轮的柱齿斜齿形和锥齿形精锻模具，其技术方案的技术要点是：圆柱斜齿轮的型腔模它是一件圆柱斜齿内齿轮、并且是可以上下浮动的，圆柱斜齿轮齿形的型腔模和圆锥齿轮的齿形型腔模在合模前是各自分离的独立的零件，但是在合模后通过齿形模与应力圈定位销(2)形成一个没有相对运动的整体零件，下凸模在轴向是固定的、在径向通过双向止推轴承(3)是可以灵活转动的，锻件的脱模卸料是由滑块下行提供的卸料力和在相对独立的圆环形脱模卸料器(25)的作用下，使圆柱斜齿轮齿形型腔模(9)和圆柱斜齿轮齿形型腔模应力圈(11)整体向下运动完的。用途是：用模具锻造替代斜齿圆柱齿轮齿形的机械加工。有益效果是显著节能降耗、提高工效、降低成本。

Description

一模一锤锻成复合齿轮的柱齿斜齿形和锥齿形精锻模具
技术领域
本实用新型属于机械制造行业的锻压技术领域。 
背景技术
如图1中的圆柱斜齿轮并带有伞齿轮的复合齿轮在汽车、船舶、工程机械和机器设备中有着十分广泛的用途。现在国内外生产这类齿轮几乎都是采用滚齿、磨齿的机械加工工艺生产斜齿圆柱齿轮的齿形；这种加工方法是成熟的、定型的生产工艺。但是从又好又快发展的科学发展观的高度来看，这种传统的斜齿圆柱齿轮的生产制造工艺，也存在固有的不足和缺陷：一是机加工效率很低、成本很高，用滚齿机加工1件法向模数6.5、齿数30、齿顶圆为221、齿厚为53、螺旋角为13°的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮并且带有伞齿轮的双联齿轮，单是滚铣斜齿圆柱齿轮的齿形就需要两个多小时才能完成一件，滚齿后留0.4mm的磨削量。二是齿形是通过滚齿机切削加工而成形的，在滚齿的切削加工过程中，把齿和齿之间的金属纤维切断了，因此在齿轮的啮合运行中，相对而言与直接精锻出斜齿齿形的圆柱齿轮强度要差很多。三是在滚齿的切削过程中把很多金属切削掉变成了废料，因此材料的消耗定额高。由于上述三项缺陷的客观存在，因此用传统方法加工的斜齿圆柱齿轮并带有伞齿轮的复合齿轮成本高、效率低、机械强度较差。 
发明内容：
为了克服复合齿轮的斜齿圆柱齿轮齿形机械加工滚齿效率低、成本高、材料消耗定额高、齿形工作面机械强度低的不足，本实用新型提供一种在同一套模具中，一锤同时锻造出复合齿轮斜齿圆柱齿轮齿形和圆锥齿轮齿形的精锻模具。用相对闭合的模具结构，直接锻造出斜齿圆柱齿轮齿形和伞齿轮齿形，而且是在同一套模具内，一锤锻造成形的精密锻造模具的结构设计。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案的技术要点是： 
1.一模一锤锻成复合齿轮的圆柱斜齿轮齿形和圆锥齿轮齿形精锻模具，其技术方案的技术要点是：圆柱斜齿轮的型腔模它是一件完整的圆柱斜齿内齿轮、并且它在模具工作的过程中是可以上下浮动的，圆柱斜齿轮齿形的型腔模和圆锥齿轮的齿形型腔模在合模前是各自分离的独立的零件，但是在合模后通过齿形模与应力圈定位销(2)的作用，形成一个没有相对运动的整体零件，下凸模在轴向是固定的、在径向通过双向止推轴承(3)是可以灵活转动的。锻件的脱模卸料是由滑块下行提供的卸料力，和在相对独立的圆环形脱模卸料器(25)的作用下，使圆柱斜齿轮齿形型腔模(9)和圆柱斜齿轮齿形型腔模应力圈(11) 整体向下运动完的。 
2.根据技术方案的技术要点1所述的“一模一锤锻成复合齿轮的柱齿斜齿形和锥齿形精锻模具”，圆柱斜齿轮的型腔模它是一件圆柱斜齿内齿轮、并且是可以上下浮动的，其构造特征是：圆环形的圆柱斜齿轮齿形型腔模(9)和圆环形的圆柱斜齿轮齿形型腔模应力圈(11)通过圆锥形的圆柱斜齿轮齿形型腔模阻止转动销(23)形成一个整体部件，圆柱斜齿轮的型腔模(9)它在压缩弹簧(10)作用力和压力机滑块打击力的交替作用下可以上下浮动。 
3.根据技术方案的技术要点1所述的“一模一锤锻成复合齿轮的柱齿斜齿形和锥齿形精锻模具”，圆柱斜齿轮齿形的型腔模和圆锥齿轮的齿形型腔模在合模前是各自分离的独立的零件，但是在合模后通过齿形模与应力圈定位销(2)形成一个没有相对运动的整体零件，其构造特征是：圆柱斜齿轮齿形型腔模(9)其内孔是一件圆柱斜齿内齿轮、其外圆是上大下小的圆锥形，圆柱斜齿轮齿形型腔模应力圈(11)其外形是上小下大的圆柱形，内孔是上大下小的圆锥形，其上端面有4个以上的阻止转动的制动圆孔、其下端面有4个以上的用于压缩弹簧安装的圆弧形长孔，圆柱斜齿轮齿形型腔模(9)和圆柱斜齿轮齿形型腔模应力圈(11)的结合面之间有两个以上的限位销孔。 
4.根据技术方案的技术要点1所述的“一模一锤锻成复合齿轮的柱齿斜齿形和锥齿形精锻模具”，下凸模(6)在轴向是固定的、在径向通过双向止推轴承(3)是可以灵活转动的，其构造特征是：下凸模(6)是一件实心体、并且其上中下三段的外形是不同形状的、上端是上小下大的两级圆锥台、中部是与圆柱斜齿轮齿形型腔模(9)的斜齿内齿轮相吻合的并且有滑动间隙的圆柱斜齿轮、下端是小于中部的圆柱形。 
5.根据技术方案的技术要点1所述的“一模一锤锻成复合齿轮的柱齿斜齿形和锥齿形精锻模具”，锻件的脱模卸料是由相对独立的脱料模(25)使圆柱斜齿轮齿形型腔模(9)和圆柱斜齿轮齿形型腔模应力圈(11)整体向下运动完的，其特征是：相对独立的脱模卸料器(25)是一件上端面有环形凹槽的环形体，在凹槽平面有4个以上的通孔，下端面有一件扁薄的圆环形、在圆环形靠内侧有若干个上端是圆柱形下端是半球形的包容钢球的通孔，通过钢球盖板(25-3)安装有若干个钢球(25-2)，在圆环形靠外侧有4个以上的与凹槽平面上的通孔对应的螺纹孔。 
6.根据技术方案的技术要点5所述的“一模一锤锻成复合齿轮的柱齿斜齿形和锥齿形精锻模具”的钢球盖板(25-3)，其特征是：它是扁平的圆环形，在内侧有通孔、其通孔在高度的中心线以上是圆形、在高度的中心线以下是半球形，在其外侧有螺纹通孔。 
本实用新型的有益效果是：①生产斜齿、螺旋齿圆柱齿轮并带有伞齿轮的复合齿轮的生产效率很高。以加工一件法向模数6.5，齿数30，齿顶圆为221，齿厚为53，螺旋角为13°的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮为例：用滚齿机加工工艺仅加工斜齿圆柱齿轮一般需要60分钟左右才能加工一件齿轮，用机械加工工艺加工这种齿轮，留的磨量是0.4mm。用本实用新型锻模生产斜齿圆柱齿轮并带有伞齿轮的复合齿轮每小时能生产30件左右，仍然可以只留0.4mm的磨削加工余量，也可以采用冷精密锻造修形模具形成最终尺寸精度的复合齿轮，增加这种修形精锻工艺的齿轮，其齿轮轮齿完全不需要后续机械加工。可以提高工效30倍以上。②：齿轮的材料利用率提高35％以上，③：改善和提高了啮合齿的机械强度。④：能降低齿轮产品的综合生产成本35％左右；能明显的提高企业的经济效益和社会效益；有利于建设资源节约型社会；符合节能减排发展低碳经济的时代要求。有利于提高企业的经济效益，有利于建设资源节约型社会；有利于节能减排发展低碳经济的时代要求。 
附图说明：
图1是复合齿轮零件图。 
图2是复合齿轮锻件图。 
图3是模具等待工作的状态图。 
图4是将复合齿轮锻造成型完毕的状态图。 
图5是将复合齿轮锻造成型完毕压力机滑块回到上死点后的状态图。 
图6是将复合齿轮锻造成型完毕压力机滑块回到上死点后放上锻件脱料模的状态图。 
图7是压力机第二个行程已经完成锻件脱模的状态图。 
图8是复合齿轮锻件脱模卸料器。 
具体实施方式：
为了清楚的描述具体实施方式和便于本专利的实施，将全部零部件列表描述如下：
  序号   名称   数量   材料   备注
  1   下模座   1   ZG45   正火、回火
  2   齿形模与应力圈定位销   4   H13   HRC45-50
  3   止推轴承下圈   1   H13   HRC48-52
  3-1   止推轴承下圈拆卸垫模   1   5CrMnMo   HRC42-47
  4   钢球     外购  
  5   止推轴承上圈   1   H13   HRC48-52
  6   下凸模   1   H13   HRC46-51
[0021] 
  7   加热后的毛坯料      
  7-1   锻件  N    
  8   轴承双向止推压板  1   5CrNiMo   HRC43-48
  9   圆柱斜齿轮齿形型腔模  1   H13   HRC45-50
  10   压缩弹簧  6   65Mn   HRC50-55
  11   圆柱斜齿轮齿形型腔模应力圈  1   5CrNiMo   HRC40-45
  12   螺杆  6   5CrNiMo   HRC40-45
  13   导柱  4   5CrNiMo   HRC35-40
  14   导套  4   5CrNiMo   HRC35-40
  15   圆柱斜齿轮高度控制调节环  1   5CrNiMo   HRC40-45
  16   圆柱斜齿轮齿形型腔模安装限位环  1   5CrNiMo   HRC40-45
  17   螺母  6   5CrNiMo   HRC40-45
  18   圆锥齿轮齿形模应力圈  1   5CrNiMo   HRC35-40
  19   圆锥齿轮齿形模  1   H13   HRC47-51
  20   螺栓  4   5CrNiMo   HRC35-40
  21   上模座  1   ZG45   正火、回火
  22   上垫模  1   5CrNiMo   HRC40-45
  23   圆柱斜齿轮齿形型腔模阻止转动销  4   5CrNiMo   HRC40-45
  24   过渡备用螺纹孔  4    
  25   锻件脱模卸料器主件  1   5CrNiMo   HRC40-45
  25-1   脱模卸料器连接螺钉  4   5CrNiMo   HRC40-45
  25-2   脱模卸料器钢球     外购  
  25-3   脱模卸料器钢球盖板  1   5CrNiMo   HRC40-45
下面结合附图对本实用新型进一步详细描述如下： 
附图1是复合齿轮的零件图。其圆柱斜齿轮的参数为：齿数：35；法向模数：5.25；螺旋角：15度；法向压力角20°；螺旋方向：左；基圆直径：187.474；基圆螺旋角：12度12分3秒；变位系数：0.7196；齿顶高：6.58；齿根高6.58；齿顶圆直径203.43；齿根圆直径177.06。 
附图2是按照附图1而设计的热锻件图即复合齿轮整体形状的型腔模模膛尺寸图。由于锻件的终锻温度较高，取热锻件冷缩率为1.2％；对于圆柱斜齿轮的齿顶圆直径和齿根圆直径，增加热锻件的收缩量(rs)。圆柱斜齿轮轮齿面留0.4mm的单边磨削余量。现在通行的用滚齿机滚齿获得齿形的圆柱斜齿轮也是留了0.4mm的磨削量的。精锻出来的伞齿轮不用留磨削余量，只加冷缩率。对于图1零件图所表示的顶部键槽齿，不用锻出、因为齿形深度小，内孔面又是 直角，所以不如不锻出这部分，既有利于简化模具的结构设计，又节约模具的制造成本。对于图2热锻件图中的中间连皮设计基准厚度可以为通孔全深度的20％左右，但是对于本实施例而言，为了圆柱斜齿轮下部能够顺利成型，中间的减料孔不宜太深。 
图3是模具等待工作的状态图。毛坯(7)就是完全装入圆柱斜齿轮齿形型腔模(9)之内的，这样圆锥齿轮齿形模(19)与圆柱斜齿轮齿形型腔模(9)合模后，形成相对封闭的复合齿轮型腔模模膛。相对封闭的复合齿轮型腔模模膛的概念是：圆柱斜齿轮齿形型腔模是可以上下浮动的，所以它不是绝对闭合的模膛。设计成为相对封闭的复合齿轮型腔模模膛的，而不设计为绝对闭塞式模膛的有益效果是：要将复合齿轮的两种齿形都绝对充满，就必须使毛坯材料足够，恰到好处的用料从理论上讲是可以的，但是，在实际锻造中既要充满齿形，又要刚好锻造成需要的锻件高度，即使是闭塞式锻造，往往是也是不理想的，因为一需要解决模膛内的排气问题，二需要解决在完全充满模膛的情况下的多余金属材料能够流出模膛外的问题，绝对闭塞式锻模不是齿形充不满，就是把模具胀坏。所以相对封闭的复合齿轮型腔模模膛，在保证齿形充满的情况下，需要足够的打击能量和设备吨位，这样多余金属可以流出模膛外，又不至于胀坏模具。 
图4是将复合齿轮锻造成型完毕的状态图。对于不同齿数、不同模数、不同螺旋角、不同螺旋方向、不同基圆直径、不同变位系数、不同齿顶高、不同齿全高、不同齿顶圆直径的复合齿轮，只需要改变圆柱斜齿轮齿形型腔模(9)的内型腔内齿轮的几何尺寸及齿轮参数；只需要改变圆锥齿轮齿形模(19)的齿形参数，模具其余零件的几何形状和尺寸都不需改动，就可以锻造不同规格的复合齿轮的圆柱斜齿轮齿形和圆锥齿轮齿形。 
“一模一锤锻成复合齿轮的柱齿斜齿形和锥齿形精锻模具”具体实施方式的装配步骤是：下模座(1)的安装缺口的尺寸和压力机工作台的T形槽相吻合。第一步，将止推轴承下圈拆卸垫模(3-1)装入下模座(1)中，止推轴承下圈拆卸垫模(3-1)与下模座(1)是间隙配合，之后将下凸模(6)装配压入止推轴承上圈(5)中，之后装配好钢球(4)和止推轴承下圈(3)，之后将上述部件压入下模座(1)中。第二步，将轴承双向止推压板(8)装入下模座(1)中，接着装上压缩弹簧(10)。第三步，将圆柱斜齿轮齿形型腔模(9)随同齿形模与应力圈定位销(2)压入圆柱斜齿轮齿形型腔模应力圈(11)中，之后将上述部件装入下凸模(6)中。第四步，将螺杆(12)穿过下模座(1)，接着将圆柱斜齿轮高度控制调节环(15)和圆柱斜齿轮齿形型腔模安装限位环(16)的对应孔套入螺杆(12)中，戴上螺母(17)，至此下型腔模即圆柱斜齿轮齿形型 腔模(9)装配完毕。第五步，将导柱(13)装入下模座(1)中。第六步，将上垫模(22)装入上模座(21)中。第七步，将圆锥齿轮齿形模(19)压入圆锥齿轮齿形模应力圈(18)中，之后用螺栓(20)把上述部件装入上模座(21)中。第八步把导套(14)压入上模座(21)中。第九步，通过导套(14)将模具的上半部分，整体套入导柱(13)中，至此整套模具装配完毕。至于模具的拆卸从装配的反顺序进行即可，即从最后装配的零件开始拆卸，按照反顺序，最先装配的零件最后拆卸即可。 
图5是将复合齿轮锻造成型完毕压力机滑块回到上死点后的状态图。从此状态图可以看出：一是压力机滑块回到上死点后导柱导套未完全脱离，二是由于压缩弹簧(10)的弹簧力不可能足够大到可以克服锻件(7-1)与圆柱斜齿轮齿形型腔模(9)的贴合摩擦力，所以尽管压力机滑块回到了上死点位置，但是锻件和圆柱斜齿轮的型腔模仍然在锻造完毕的位置状态，等待放上脱模卸料器后，压力机滑块第二个行程给锻件脱模。 
图6是将复合齿轮锻造成型完毕压力机滑块回到上死点后放上锻件脱模卸料器的状态图。压力机滑块下行程时，将锻件脱模卸料器主件(25)压下使圆柱斜齿轮齿形型腔模(9)和圆柱斜齿轮齿形型腔模应力圈(11)同时与轴承双向止推压板(8)贴合，使锻件脱离圆柱斜齿轮齿形型腔模(9)，而实现脱模卸料。值得注意的是：锻件脱模卸料器主件(25)需要让开圆柱斜齿轮齿形型腔模阻止转动销(23)，所以在(25)的上端面开有环形槽。 
图7是压力机第二个行程已经完成锻件脱模的状态图。它表示锻件脱模卸料器主件(25)的工作状态和它在模具中的位置关系。这个状态的封闭高度为图4的封闭高度加上脱模卸料器增量(tz)。同时它还表明：由于在脱模卸料器钢球(25-2)的作用下，锻件脱模卸料器在驱使圆柱斜齿轮齿形型腔模(9)下行的同时，它还会随着圆柱斜齿轮齿形型腔模(9)和圆柱斜齿轮齿形型腔模应力圈(11)围绕锻件(7-1)和下凸模(6)作旋转运动。 
图8是复合齿轮锻件脱模卸料器。它的工作性质具有单向止推轴承的工作特性，在驱动圆柱斜齿轮齿形型腔模(9)和圆柱斜齿轮齿形型腔模应力圈(11)同时下行的过程中，不影响圆柱斜齿轮齿形型腔模(9)和圆柱斜齿轮齿形型腔模应力圈(11)围绕锻件(7-1)和下凸模(6)作旋转运动。 
“一模一锤锻成复合齿轮的柱齿斜齿形和锥齿形精锻模具”其用途是节能降耗，高效率的生产复合齿轮；提高生产企业的经济效益和社会效益。 

Claims (6)

1.一模一锤锻成复合齿轮的柱齿斜齿形和锥齿形精锻模具，其特征是：圆柱斜齿轮的型腔模它是一件圆柱斜齿内齿轮、并且是可以上下浮动的，圆柱斜齿轮齿形的型腔模和圆锥齿轮的齿形型腔模在合模前是各自分离的独立的零件，但是在合模后通过齿形模与应力圈定位销(2)形成一个没有相对运动的整体零件，下凸模在轴向是固定的、在径向通过双向止推轴承(3)是可以灵活转动的，锻件的脱模卸料是由滑块下行提供的卸料力和在相对独立的圆环形脱模卸料器(25)的作用下，使圆柱斜齿轮齿形型腔模(9)和圆柱斜齿轮齿形型腔模应力圈(11)整体向下运动完的。
2.根据权利要求1所述的“一模一锤锻成复合齿轮的柱齿斜齿形和锥齿形精锻模具”，圆柱斜齿轮的型腔模它是一件圆柱斜齿内齿轮、并且是可以上下浮动的，其特征是：圆环形的圆柱斜齿轮齿形型腔模(9)和圆环形的圆柱斜齿轮齿形型腔模应力圈(11)通过圆锥形的圆柱斜齿轮齿形型腔模阻止转动销(23)形成一个整体部件，圆柱斜齿轮的型腔模(9)它在压缩弹簧(10)的作用力和压力机滑块打击力的交替作用下可以上下浮动。
3.根据权利要求1所述的“一模一锤锻成复合齿轮的柱齿斜齿形和锥齿形精锻模具”，圆柱斜齿轮齿形的型腔模和圆锥齿轮的齿形型腔模在合模前是各自分离的独立的零件，但是在合模后通过齿形模与应力圈定位销(2)形成一个没有相对运动的整体零件，其特征是：圆柱斜齿轮齿形型腔模(9)其内孔是一件圆柱斜齿内齿轮、其外圆是上大下小的圆锥形，圆柱斜齿轮齿形型腔模应力圈(11)其外形是上小下大的圆柱形，内孔是上大下小的圆锥形，其上端面有4个以上的阻止转动的制动圆孔、其下端面有4个以上的用于压缩弹簧安装的圆弧形长孔，圆柱斜齿轮齿形型腔模(9)和圆柱斜齿轮齿形型腔模应力圈(11)的结合面之间有两个以上的限位销孔。
4.根据权利要求1所述的“一模一锤锻成复合齿轮的柱齿斜齿形和锥齿形精锻模具”，下凸模(6)在轴向是固定的、在径向通过双向止推轴承(3)是可以灵活转动的，其特征是：下凸模(6)是一件实心体、并且其上中下三段的外形是不同形状的、上端是上小下大的两级圆锥台、中部是与圆柱斜齿轮齿形型腔模(9)的斜齿内齿轮相吻合的并且有滑动间隙的圆柱斜齿轮、下端是小于中部的圆柱形。
5.根据权利要求1所述的“一模一锤锻成复合齿轮的柱齿斜齿形和锥齿形精锻模具”，锻件的脱模是由相对独立的脱料模(25)使圆柱斜齿轮齿形型腔模(9)和圆柱斜齿轮齿形型腔模应力圈(11)整体向下运动完的，其特征是：相对独立的脱模卸料器(25)是一件上端面有环形凹槽的环形体，在凹槽平面有4个以上的通孔，下端面有一件扁薄的圆环形、在圆环形靠内侧有若干个上端是圆柱形下端是半球形的包容钢球的通孔，通过钢球盖板(25-3)安装有若干个钢球(25-2)，在圆环形靠外侧有4个以上的与凹槽平面上的通孔对应的螺纹孔。
6.根据权利要求5所述的“一模一锤锻成复合齿轮的柱齿斜齿形和锥齿形精锻模具”的钢球盖板(25-3)，其特征是：它是扁平的圆环形，在内侧有通孔、其通孔在高度的中心线以上是圆形、在高度的中心线以下是半球形，在其外侧有螺纹通孔。
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