CN101391270B - 差速器齿轮成形模具 - Google Patents
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Abstract
差速器齿轮成形模具，属于轿车差速器齿轮的加工模具，克服现有锻造模具的预应力不足，模具寿命低的问题，以满足汽车差速器行星齿轮和半轴齿轮成形要求。本发明由上模和下模构成，上模包括上冲头、上模垫块、上凹模、上模预应力内圈和上模预应力外圈；下模包括下推杆、下模垫块、下冲头、下凹模、下模预应力圈；上凹模与上模预应力内圈内孔的上圆台过盈配合，上凹模外形圆柱体部分与上模预应力内圈内孔的上圆台无过盈配合。本发明易于安装和制造，节省空间，由于采用了阶梯结构和非均匀过盈结构，大大增加了模具的预应力效果，提高了模具承载能力、使用寿命和生产效率，特别适用于工作台面较小的压力机。
Description
技术领域
本发明属于轿车差速器齿轮的加工模具，特别涉及一种差速器齿轮成形模具。
背景技术
差速器齿轮是轿车中重要的传力部件。其力学性能直接决定着轿车的安全性和稳定性。传统方法主要采用格里森刨齿机加工差速器齿轮，由于该方法为切削加工，金属纤维被切断，使得齿轮的强度降低，使用寿命缩短。近年来逐渐采用冷挤压方法生产，冷挤压中模具寿命是决定产品成本的关键因素之一，不少人对齿轮组合凹模进行了研究，见(1)Kutuk，M.A.et al..Finite element analysis of a cylindrical approach forshrink-fit precision gear forging dies.Proceedings，Institution of MechanicalEngineers World Congress，London，2003，pp：677-686；(2)Fu，M.W.andShang，B.Zh..Stress analysis of the precision forging die for a bevel gear andits optimal design using the boundary-element method.Journal of MaterialsProcessing Technology，1995，53，511-520；(3)Song，J.H.and Im，Y.T..Process design for closed-die forging of bevel gear by finite element analyses.Joumal of Materials Processing Technology，2007，192-193，1-7；但以上技术方案均是采用预应力圈与凹模均匀过盈配合的双层组合凹模，实践证明采用双层预应力组合凹模其预应力不足，需要采用三层预应力组合凹模。对于三层组合凹模的优化，主要针对正挤压模和反挤压模，而且也是采用预应力圈和凹模等高均匀配合的方式，见(4)张会，孙伟.组合式挤压凹模的优化设计.锻压技术，2005(4)：61-63；(5)徐小兵.冷挤压三层组合凹模的优化设计.金属成形工艺，2003，21(3)：59-62；(6)娄华威，高锦章.基于厚壁圆筒理论的组合凹模优化设计.2003(1)：16-19；(7)罗中华，张质良.多层压配组合冷挤压凹模疲劳强度优化设计.上海交通大学学报，2002，36(4)：467-469。这些技术方案虽然对三层或多层组合凹模进行了优化，但均是基于厚壁圆筒理论，对于型腔为圆柱形的正挤压凹模和反挤压凹模比较适用，不适用与锥齿轮冷精锻模：其一，这种组合凹模型腔复杂，且下部厚底部分接近实心，等效内径很难确定，采用最小包络圆代替取值不科学；其二，型腔侧壁与底部交界处应力集中严重，在等效应力圆处可能远远还没有达到失效准则，应力集中之处就已经失效开裂，在这种情况下，预应力圈中应力就达不到设计理论值，即预应力圈没有充分发挥预应力。
发明内容
本发明提供一种差速器齿轮成形模具，克服现有锻造模具的预应力不足，模具寿命低的问题，以满足汽车差速器行星齿轮和半轴齿轮成形要求。
本发明的一种差速器齿轮成形模具，由上下设置的上模和下模构成，上模结构为：上冲头依次穿过上模垫块、上凹模，上凹模外套有上模预应力内圈和上模预应力外圈；下模结构为：下推杆穿过下模垫块与下冲头接触，下冲头穿过下凹模，下模垫块和下凹模外套有下模预应力圈；其特征在于：
所述上凹模外形为圆柱体与圆台的组合，上凹模内孔形状为圆柱体和齿形型腔的结合，内孔圆柱体对应外形圆柱体部分，内孔齿形型腔对应外形圆台部分；
所述上模预应力内圈外形为圆台，上模预应力内圈的内孔形状为对顶的上圆台和下圆台；
所述上凹模外形圆台部分与上模预应力内圈内孔的上圆台采用过盈配合，上凹模外形圆柱体部分与上模预应力内圈内孔的上圆台采用无过盈配合；
所述上模垫块为具有内孔的圆台；
所述下凹模外形为上圆台和下圆台的组合，内孔形状为圆柱体和球冠形型腔的结合；
所述下模预应力圈外形为圆柱体与圆台的组合，具有圆台形内孔；
所述下凹模外形上圆台部分与上模预应力内圈内孔的下圆台间隙配合；下凹模外形下圆台部分与下模预应力圈内孔过盈配合；
所述上模预应力外圈外形为圆柱体，上模预应力外圈的内孔形状为对顶的上圆台和下圆台；上模预应力外圈内孔上圆台部分与上模垫块过渡配合，与上模预应力内圈过盈配合；上模预应力外圈内孔下圆台部分与下模预应力圈圆台部分间隙配合。
所述的差速器齿轮成形模具，其特征在于：
所述上模垫块、上凹模、上模预应力内圈和上模预应力外圈的尺寸关系为：H31＝H32＝H21+H22+H1，H21＝H22＝H1；
式中，上模垫块高度H32、上模预应力外圈内孔下圆台部分高度H31、上凹模外形圆柱体部分高度H21、上凹模外形圆台部分高度H1、上模预应力内圈内孔下圆台部分高度H22。
使用本发明的模具的锻件，锻造工艺流程为：下料→球化退火→表面机加工处理→磷化皂化处理→冷挤压→车削处理；在冷挤压过程中采用本发明的模具。
挤压成形时模具工作过程以及锻件成形过程为：上模和下模处于张开状态，将棒形坯料置于下凹模型腔圆孔中，上模和上冲头向下运行与下模闭合并与下模一起相对下冲头向下运动，挤压坯料，成形齿轮；随后上模向上运动，锻件在上冲头的作用下脱模，一个工作循环结束。
与常规的多层(4层以上)非阶梯形、均匀过盈的预应力组合凹模相比，本发明更易于安装和制造，更节省空间，由于采用了阶梯结构和非均匀过盈结构，大大增加了模具的预应力效果，提高了模具承载能力和使用寿命，提高了生产效率；特别是对于工作台面较小的压力机，具有更大的优势。
附图说明
图1为本发明模具整体结构示意图；
图2为图1中的上凹模与上模预应力内圈装配细节示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明由上下设置的上模和下模构成，上模结构为：上冲头1依次穿过上模垫块2、上凹模3，上凹模3外套有上模预应力内圈4和上模预应力外圈5；下模结构为：下推杆8穿过下模垫块9与下冲头6接触，下冲头6穿过下凹模7；下模垫块9和下凹模7外套有下模预应力圈10。挤压成形后，锻件11位于上凹模3和下凹模7的型腔中。
如图1、图2所示，上模垫块2、上凹模3、上模预应力内圈4和上模预应力外圈5的最佳尺寸关系为：H31＝H32＝H21+H22+H1，H21＝H22＝H1；
式中，上模垫块高度H32、上模预应力外圈内孔下圆台部分高度H31、上凹模外形圆柱体部分高度H21、上凹模外形圆台部分高度H1、上模预应力内圈内孔下圆台部分高度H22。
Claims (2)
1.一种差速器齿轮成形模具，由上下设置的上模和下模构成，上模结构为：上冲头依次穿过上模垫块、上凹模，上凹模外套有上模预应力内圈和上模预应力外圈；下模结构为：下推杆穿过下模垫块与下冲头接触，下冲头穿过下凹模，下模垫块和下凹模外套有下模预应力圈；其特征在于：
所述上凹模外形为圆柱体与圆台的组合，上凹模内孔形状为圆柱体和齿形型腔的结合，内孔圆柱体对应外形圆柱体部分，内孔齿形型腔对应外形圆台部分；
所述上模预应力内圈外形为圆台，上模预应力内圈的内孔形状为对顶的上圆台和下圆台；
所述上凹模外形圆台部分与上模预应力内圈内孔的上圆台采用过盈配合，上凹模外形圆柱体部分与上模预应力内圈内孔的上圆台采用无过盈配合；
所述上模垫块为具有内孔的圆台；
所述下凹模外形为上圆台和下圆台的组合，内孔形状为圆柱体和球冠形型腔的结合；
所述下模预应力圈外形为圆柱体与圆台的组合，具有圆台形内孔；
所述下凹模外形上圆台部分与上模预应力内圈内孔的下圆台间隙配合；下凹模外形下圆台部分与下模预应力圈内孔过盈配合；
所述上模预应力外圈外形为圆柱体，上模预应力外圈的内孔形状为对顶的上圆台和下圆台；上模预应力外圈内孔上圆台部分与上模垫块过渡配合，与上模预应力内圈过盈配合；上模预应力外圈内孔下圆台部分与下模预应力圈圆台部分间隙配合。
2.如权利要求1所述的差速器齿轮成形模具，其特征在于：
所述上模垫块、上凹模、上模预应力内圈和上模预应力外圈的尺寸关系为：H31＝H32＝H21+H22+H1，H21＝H22＝H1；
式中，上模垫块高度H32、上模预应力外圈内孔下圆台部分高度H31、上凹模外形圆柱体部分高度H21、上凹模外形圆台部分高度H1、上模预应力内圈内孔下圆台部分高度H22。
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