CN2531899Y - 汽车半轴齿轮连续局部塑性精成形装置 - Google Patents

Abstract

一种汽车半轴齿轮连续局部塑性精成形装置，涉及一种金属楔滚轧和挤压组合精成形的装置及工艺的改进，该装置主要由装在板压滚动塑性精成形机上的汽车半轴齿轮楔滚轧制坯装置和装在液压机上的齿轮挤压精成形装置组成。其优点是：楔滚轧制坯和挤压精成形的组合工艺需要的设备吨位小，并可充分发挥材料塑性的潜在能力；坯料对模具的充填性好，大大减少了机械加工的切削量；易于实现自动化；设备投资低。

Description

汽车半轴齿轮连续局部塑性精成形装置

技术领域：

本发明属于现代制造技术中的塑性加工领域，涉及一种金属楔滚轧和挤压组合精成形的装置及工艺的改进。

背景技术：

汽车半轴齿轮形状非常复杂，它的外形是由锥齿轮和台阶式圆柱体组成，它的内形为内直齿的滑键槽，而且对加工精度和机械性能都有很高的要求，现有的加工工艺有的是采用车削制坯，然后刨伞齿轮的直齿和插滑键内齿的组合机械加工，也有采用热锻成形伞齿轮、插滑键内齿的组合工艺，但是都存在材料的利用率及加工效率低，而且设备投资大和机械性能差的缺点。

技术内容：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种既能显著地提高材料利用率和加工效率，又能改善汽车半轴齿轮的机械性能，而且设备投资低，加工精度高的汽车半轴齿轮连续局部塑性精成形装置。

本发明的装置如下：

该装置主要由装在板压滚动塑性精成形机(见专利号：ZL95109500.5)上的汽车半轴齿轮楔滚轧制坯装置和装在液压机上的齿轮挤压精成形装置组成。

汽车半轴齿轮楔滚轧制坯是在板压滚动塑性精成形机上完成的：

装在滚压塑性精成形机上的上、下模板上设有根据齿轮坯料几何形状加工的完全相同的反对称型槽，上、下模板分别装在上下滑动压板上，上、下滑动压板分别与上、下压辊接触相切，上、下模板随上、下压板相对滑动。

汽车半轴齿轮挤压精成形装置，是由上装置、下装置和气液弹簧压力容器组成：

在上装置中，上内凸模装在上内凸模导向套中，彼此滑动配合，上内凸模导向套压盖由上内凸模的上端装入上内凸模，并将其与上内凸模导向套固定，上外凸模(凸模的形状是按汽车半轴齿轮无锥齿部分的外形设计的)由上内凸模的下方装入，而且上外凸模的内壁与上内凸模的外缘之间为滑动配合，将上外凸模与上内凸模导向套固定，把凹模(在凹模内设有伞齿轮齿形的型槽)压入上外凸模预紧套内，再把上外凸模导向套压入，把上外凸模装入上外凸模导向套中，彼此为滑动配合，再把上内凸模装在上内凸模安装块中，将其固定后，把上内凸模安装块固紧在压机活动横梁的下方，最后把凹模和上外凸模预紧套固定在工作台上。

在下装置中，在下凸模的端部为圆锥形，与圆锥形相接的为圆柱形，圆柱的直径等于汽车半轴内滑键槽齿顶的直径，与圆柱相接为滑键的齿形，在下凸模导向套的内侧加工有内滑键槽，下凸模是由下而上装在下凸模导向套中，下凸模与下凸模导向套之间滑动配合，下凸模的下端与压机的顶出缸柱塞固定连接，下凸模导向套固定在工作台的下方。

在气液弹簧缸的压力容器下部装有液体油，在容器的上部为压缩空气，在压力容器上设有压力传感器、进气排气门、调压阀，压力容器的高压油通过调压阀与上装置的高压油腔连通。

本发明的工艺如下：

根据汽车半轴齿轮的几何尺寸，并适当考虑氧化耗损、切断量和机械加工余量，按照体积不变定律确定汽车半轴齿轮的楔横轧制坯图，由楔横轧制坯图确定圆棒料的直径和长度，先用带锯机下料、中频感应加热，然后在板压滚动塑性精成形机上楔滚轧制坯，最后在液压机上挤压精成形。

楔滚轧制坯：

把加热到锻造温度的圆棒料，由装在板压滚动塑性精成形机上、下模板的入口处，开动压机，在上、下模板相对滑动过程中，棒料便楔滚轧成形，最后切断成四个汽车后轴齿轮楔滚轧的坯料，并由上、下模板的出口落入传送带或其它接料装置中，在汽车半轴制坯的楔横轧过程中，上、下模板的型槽是根据汽车半轴制坯料几何尺寸设计的，每滚轧一次，先按切入角α确定压下量h，再滚轧半周并加搭接量k为滚轧步长K，如第n次的切入角为α_n，压下量为h_n，步长为 $K_n=[\frac{D_0}{2}-(h_1+\mathrm{\Λ}+h_n)]\mathrm{\π}$ ，然后再经半周以上的精滚，最后切断成汽车半轴齿轮的坯料。

挤压精成形：

把经过楔滚轧的汽车半轴齿轮坯料放入凹模，开动压机，活动横梁向下移动，而调压阀此时处于关闭状态，液压腔的液体不能被压缩，所以上外凸模便在上外凸模导套中向下移动，汽车半轴的伞齿轮外形及齿形就被挤压成形，然后启动顶料装置，随着顶料缸的柱塞向上移动，下凸模便相对于下凸模导套向上移动，凸模对齿轮坯料进行挤压，便挤出了汽车半轴齿轮的内滑键槽，并将余料挤入上内凸模空腔中，最后开启调压阀，活动横梁在克服压力容器的高压气体弹性变形后，继续向下移动，上内凸模便相对于上内凸模导套下移，把汽车半轴齿轮的圆柱形一端压力整形。

本发明的有益效果是：

1、楔滚轧制坯和挤压精成形的组合工艺需要的设备吨位小，并可充分发挥材料塑性的潜在能力；

2、坯料对模具的充填性好，大大减少了机械加工的切削量，显著地提高了材料利用率和生产效率，金属纤维分布合理，机械性能高；

3、生产流程简捷，易于实现自动化；

4、无冲击、噪声及其它的环境危害；

5、设备投资低，对工人的技术无特殊要求；

附图说明：

图1.1是汽车半轴齿轮的主视图，图1.2是图1.1的侧视图；

图2.1是楔滚轧单个齿轮坯的主视图，图2.2是4个齿轮的主视图；

图3.2是汽车半轴单个齿轮的主视图，图3.1是图3.2圆柱部分的侧视图，图3.3是单个锥齿的立体图，图3.4是图3.3的横截面图；

图4是汽车半轴齿轮楔横轧制坯和挤压精成形的工艺流程图；

图5.1是汽车半轴齿轮滚压制坯所用的板压滚动塑性精成形机的主视图，图5.2是图4.1的侧视图；

图6.1是本发明关于汽车半轴齿轮滚轧制坯棒料入口及模具纵截面图，图6.2是本发明关于汽车半轴滚轧成形模板纵截面及工件出口图；

图7.1是对应于图6.1的A₁-A₁向模具型槽图，图7.2是对应于图6.1的A₂-A₂向模具型槽图，图7.3是对应于图6.1的A₃-A₃向模具型槽图，图7.4是对应于图6.1的A₄-A₄向模具型槽图，图7.5是对应于图6.1的A₅-A₅向模具型槽图；

图8是图7的B-B向视图；

图9是楔横轧模板的型槽俯视图(上、下模板为完全反对称形的)；

图10是本发明提出的汽车半轴挤压精成形的压机和装置图；

下面结合附图对本发明的滚轧制坯和挤压精成形作进一步描述：

其中：1是板压滚动塑性精成形机的上压辊，2是上滑动压板，3是上模板，4是模具型腔，5是下模板，6是下滑动压板，7是下压辊，8是下切断刀，9是上切断刀，10是基础，11是压机机座，12是压机立柱，13是压机上固定横梁，14是工作主缸，15是平衡缸，16是活动横梁，17是上内凸模安装块，18是上内凸模，19是上内凸模导向套压盖，20是上内凸模导向套，21是液压腔，22是上内凸模空腔，23是上外凸模，24是上外凸模导向套，25是预紧套，26是经楔滚轧的齿轮坯，27是凹模型腔，28是凹模，29是压机工作台，30是下凸模导向套，31是下凸模，32是顶出缸柱塞，33是液压顶出缸，34是压力容器，35是调压阀，36是液体油，37是压力传感器，38是压缩空气，39是进排气阀。

本发明所提出的汽车半轴齿轮挤压成形工艺和装置，适用于热挤压、温挤压和冷挤压，也适用于热、温和冷挤压的组合挤压。

实施例：

锥齿轮的尺寸参数为：模数m＝6；齿数Z₁＝24，Z₂＝12；齿形角α＝22.5；齿顶高h_a＝3.315；齿全高h＝10.799；齿宽B＝24；花键齿数n＝8；C₁＝30；C₂＝10.2；C₃＝12.5；D₁＝70；D₂＝126；D₃＝136；D₄＝96；D₅＝54.716；D₆＝47。1.  齿轮体积的计算(1)单个齿的体积V₁的计算

在梯形ABCD中，由已知条件可以求得：

S_a＝CD＝8.1828；S_f＝AB＝12.4789； $R=m\·\sqrt{Z_1^2+Z_2^2}/2=80.4984$ 故等腰梯形ABCD的面积：

A₁＝(S_a+S_f)h/2＝111.5631又因为齿的小端与大端相似，所以等腰梯形A’B’C’D’的面积：

A₂＝A₁(R-B)²/R²＝54.9564所以单个齿的体积： $V_1=\frac{1}{3}\·A_1\·R-\frac{1}{3}\·A_2\·(R-B)=1958.583$ (2)除齿以外的体积V₃计算 $A_3=2\·\underset{0}{\overset{4.5}{\∫}}(\sqrt{\frac{D_5^2}{4}-x^2}-\sqrt{\frac{D_6^2}{4}-x^2})\mathrm{dx}$ 单个花键孔的体积：

V₂＝A₃(C₁+C₂+C₃)＝1839.625故不计齿的锥齿轮的体积为： $V_3=\mathrm{\π}\·\frac{D_1^2}{4}\·C_1+\frac{\mathrm{\π}}{3}\·[\frac{D_2^2}{4}+\frac{D_3^2}{4}+\frac{D_2{\·D}_3}{4}]\·C_2+\frac{\mathrm{\π}}{3}\·[\frac{D_3^2}{4}+\frac{D_4^2}{4}+\frac{D_3{\·D}_4}{4}]\·C_3$ $-\mathrm{\π}\·\frac{D_6^2}{4}\·(C_1+C_2+C_3)-n\·V_2=2.8062\×{10}^5$ 带内花键的锥齿轮的总体积：V＝Z₁·V₁+V₃＝3.2727×10⁵2.坯料尺寸的确定(1)确定坯料的长度L₀

根据体积不变定律，将带内花键孔的锥齿轮转化为不带花键孔的锥齿轮 $V_a=\mathrm{\π}\·\frac{D_1^2}{4}\·X+\mathrm{\π}\·\frac{D_3^2}{4}\·C_2+\frac{\mathrm{\π}}{3}\·[\frac{D_3^2}{4}+\frac{D_4^2}{4}+\frac{D_3{\·D}_4}{4}]\·C_3$

由坯件1的体积与带内花键孔的锥齿轮的体积相等，即V＝V_a，可以算得： $X=\frac{4V-\mathrm{\π}\·D_3^2\·C_2-\frac{\mathrm{\π}}{3}\·(D_3^2+D_4^2+D_3\·D_4)\·C_3}{\mathrm{\π}\·D_1^2}$ 则坯料的长度：(假设切口尺寸Δ＝3mm)L₀＝4·(X+C₂+C₃)+3·Δ $=4\·(\frac{4V-\mathrm{\π}\·D_3^2\·C_2-\frac{\mathrm{\π}}{3}\·(D_3^2+D_4^2+D_3\·D_4)\·C_3}{\mathrm{\π}\·D_1^2}+C_2+C_3)+3\·\mathrm{\Δ}$ ＝147.2818(2)确定坯料的直径D₀

设坯料的直径为D₀，并假设机械加工量为总量的6％、热烧损量为总量的8％。则由体积不变原理得： $\mathrm{\π}\·\frac{D_0^2}{4}\·L_0=4\·V\·(1+6\%+8\%)+V_{\mathrm{\Δ}}$ $=4\·V\·(1+6\%+8\%)+\mathrm{\Δ}\·(\frac{\mathrm{\π}\·D_4^2}{4}+\frac{\mathrm{\π}\·D_1^2}{4}\·2)$ 可以算得： $D_0=\sqrt{\frac{16V\·(1+6\%+8\%)+\mathrm{\Δ}\·(\mathrm{\π}\·D_4^2+2\·\mathrm{\π}\·D_1^2)}{\mathrm{\π}\·L_0}}=115.2759$ 3.模板尺寸的确定

锥齿轮的加工过程是：坯料经过几次进给、辊轧之后，达到预期的尺寸。然后进行整形，最后由切断刀切断，整个加工过程一次完成。在进给、辊轧过程中：假设进给之前坯料的直径为D前，辊轧之后坯料的直径为D后，则每次楔滚轧的长度为：

每次滚轧的步长为：整形与切断的步长为：

如果压下量为4mm，那么经过六次进给之后达到坯料的最小直径D1，根据以上各式计算每次进给、辊轧对应的模板长度依次为：

L₁＝181.07+224.68＝405.75        L₂＝168.51+207.92＝376.43

L₃＝155.94+191.17＝347.11        L₄＝143.37+174.41＝317.78

L₅＝130.81+157.66＝288.47        L₆＝118.24+146.61＝264.85

L_整形＝L_切断＝146.61

所以模板的总长度L＝2293.61，模板的宽度为B＝L₀＝147.2818。

Claims (1)

1、一种汽车半轴齿轮连续局部塑性精成形装置，由板压滚动塑性精成形机组成；其特征是：

a、装在滚压塑性精成形机的上、下模板上设有根据齿轮坯料几何形状加工的完全相同的反对称型槽，上、下模板分别装在上下滑动压板上，上下滑动压板分别与上、下压辊接触相切；

b、汽车半轴齿轮挤压精成形装置，是由上装置、下装置和气液弹簧压力容器组成：

在上装置中，上内凸模装在上内凸模导向套中，彼此滑动配合，上外凸模的内壁与上内凸模的外缘之间为滑动配合，上外凸模与上内凸模导向套固定，把上外凸模装入上外凸模导向套中，彼此为滑动配合，把上内凸模装在上内凸模安装块中，将其固定，上内凸模安装块固紧在压机活动横梁的下方，凹模和上外凸模预紧套固定在工作台上；

在下装置中，在下凸模的端部为圆锥形，与圆锥形相接的为圆柱形，圆柱的直径等于汽车半轴内滑键槽齿顶的直径，与圆柱相接为滑键的齿形，在下凸模导向套的内侧加工有内滑键槽，下凸模与下凸模导向套之间滑动配合，下凸模的下端与压机的顶出缸柱塞固定连接，下凸模导向套固定在工作台的下方；

在气液弹簧缸的压力容器上设有压力传感器、进气排气门、调压阀，压力容器的高压油通过调压阀与上装置的高压油腔连通。

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