CN101708526A - 汽车后桥从动螺旋齿轮齿形的成形方法及模具 - Google Patents

汽车后桥从动螺旋齿轮齿形的成形方法及模具 Download PDF

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Abstract

本发明涉及汽车后桥从动螺旋齿轮齿形的成形方法和模具。该方法包括制备从动螺旋齿轮的半成品、将所制造的坯件放入成形模具型腔中、从动螺旋齿轮齿形的成形的步骤。该模具包括上模和下模,其中,上模为一种对称双锥轧辊,下模由凹模(13)、底模(17)及模芯(19)组成。本发明能够有效地成形从动螺旋齿轮齿形,能够采用较小载荷、相对简单的设备对汽车后桥从动齿轮坯齿形进行有效地成形,节约原材料30%以上。例如,成形外径为246mm的从动螺旋齿轮,所需载荷设备载荷为400吨,而用普通设备需4000吨以上设备;用原初切螺旋齿工艺,需钢材约8公斤,而利用本发明对从动螺旋齿轮齿形进行成形,所需钢材少于6公斤。

Description

汽车后桥从动螺旋齿轮齿形的成形方法及模具
技术领域
[0001] 本发明涉及到一种能对扩孔后的汽车后桥从动齿轮坯件(以下简称坯件)进行螺
旋齿轮齿形成形的方法和模具,能取代从动螺旋齿初切加工,改善金属纤维方向,并能有效提高齿轮的弯曲疲劳强度、齿面接触疲劳强度与耐磨性,减少原材料消耗。
背景技术
[0002] 汽车后桥从动螺旋齿轮(如图2所示)是汽车后桥主减速箱传递动力的关键零件之一,目前,主要生产过程为:镦粗一冲孔一冲连皮一整形一扩孔一初精车坯一初切螺旋齿一精切(磨削)螺旋齿,存在缺点有:加工效率低,成本高,工艺过程复杂;切削加工破坏了金属的纤维组织,因而齿轮的弯曲疲劳强度、齿面接触疲劳强度与耐磨性较低,使用寿命短,縮短了车辆的大修周期;材料的利用率低,< 40%,材料损耗大;设备投资大,用切削方法生产,一条生产线至少需要五台螺旋铣齿机床,引进1台数控螺旋铣齿机床需要30〜50万美元,即使采用国产螺旋铣齿机,也需120〜250万元人民币。
[0003] 对于从动螺旋齿轮齿形成形方法有一些研究,主要方法是:1、扩孔后利用压力机对其进行齿形成形;2、利用摆辗机进行齿形成形。第1种方法成形所需设备吨位大(2000吨以上压力机),设备造价高。第2种方法成形为金属局部累积成形,所需设备吨位为第1种的1/5〜1/15,能进行齿形成形,但是,摆辗力为偏心载荷,要求设备能承受偏心载荷,对设备结构要求高,设备造价高,而且,摆辗整形是热成形(坯件温度在900。以上),摆动球形链寿命较低,设备维修保养费用较高;3、发明人对双锥轧辊轧制螺旋齿齿形过程进行了模拟(仿真)研究,但是,未提出具体方法,也未给出模具结构。
发明内容
[0004] 本发明所要解决的技术问题是:提供一种对称双辊轧制整形扩孔后的后桥从动轮坏件进行螺旋齿齿形成形的方法和模具,以取代初切螺旋齿形工艺,节约原材料,提高加工效率,并且所需设备结构简单。
[0005] 本发明解决其技术问题采用以下的技术方案:
[0006] 本发明提供的汽车后桥从动螺旋齿轮齿形的成形方法是采用包括以下步骤的方法:
[0007] (1)制备从动螺旋齿轮坯的半成品:
[0008] 经过镦粗、冲孔、冲连皮、整形和扩孔工艺过程制造坯件,所制坯件为从动螺旋齿轮坯的半成品,该坯件的外锥度不变,内锥锥度为O,外圆直径在从动螺旋齿轮坯的基础上减少3mm,内圆直径在从动螺旋齿轮坯的基础上增加2mm,在保持体积相等的原则下,计算出高度尺寸;
[0009] (2)将所制造的坯件放入成形模具型腔中,该模具中的模芯外圆尺寸与形状与从动螺旋齿轮坯的内圆尺寸与形状相同,利用模具的模芯定位,即将坯料在内孔套在模芯的外圆上;[0010] (3)模具的上模为锥轧辊,该锥轧辊在轧辊轴、主轴、变速箱的带动下围绕主轴轴心线旋转,其为公转,锥轧辊辗压机滑块在主油缸的作用力下向上运动,带动下模及坯件向上运动,当坯件上表面接触到锥轧辊时,该锥轧辊在坯件磨擦力的作用下自转,在底模、模芯向上挤压及锥轧辊既公转又自转的联合作用下实现对坯件轧制变形;随着下模上移,锥轧辊同时对坯件的平端面和背锥面进行挤压,而且使凹模相对于坯件向下运动,促使金属向底模齿形部分移动,以充满齿形;
[0011] 经过上述步骤,完成汽车后桥从动齿轮齿形的成形。
[0012] 本发明提供的实现上述方法的成形模具,包括上模和下模,其中:
[0013] 上模的结构:为一种对称双锥轧辊,其锥顶角为90° ;两个锥轧辊以设备主轴轴线
为对称轴,锥轧辊轴线与设备轴线同在1个平面,两个锥轧辊轴线之间的夹角为90° ,两个
锥轧辊顶部加工有六方台阶;锥轧辊安装在轧辊轴上,2个轧辊轴轴心线5与主轴轴心线在
同一平面内,沿此平面剖视2个锥轧辊所形成的型腔形状及尺寸与从动螺旋齿轮坯平端面
和背锥面形状及尺寸一致;
[0014] 下模的结构:由凹模、底模及模芯组成;模芯上半部分形状及尺寸与从动螺旋齿轮坯内圆形状及尺寸一致,下端面加工一个正六方形台阶;底模是一个环形结构,内孔是圆形,内孔可沿模芯外圆上下滑动,底模上端加工有螺旋齿齿形型腔,外圆中间部分为圆形,其外径与从动螺旋齿轮坯最大外径相等,下端加工有一个六方形,此六方形是保证凹模在成形过程中不发生转动;在凹模的底部安装有蝶簧,在蝶簧弹性力的作用下,凹模相对于底模及模芯向上运动。
[0015] 本发明与现有技术相比具有以下主要的优点:
[0016] 其一 .本方法利用局部累积轴向轧制累积成形法及模具,对扩孔后的坯件实行轴
向轧制整形,因此,能够取代初切螺旋齿形工艺,有效地消除坯件存在的缺陷,有效节约原
材料,提高了加工效率,减小了从动螺旋齿轮设备投资,改善了金属的纤维组织。
[0017] 其二.由于能够有效地消除坯件存在的缺陷,因此,能够有效地对汽车后桥从动
齿轮坯进行整形。
[0018] 其三.在消除坯件存在的缺陷过程中,由于是局部累积变形,因此,所需要的设备荷载小。而且由于轧制力对称分布,不存在偏心载荷,因此所需要的设备结构简单,并且没有球形链,使用寿命长。
[0019] 其四.所提供的模具其上模为一对对称的锥轧辊,下模为弹性浮动模,锥轧辊在绕对称轴旋转的同时绕自轴转动,实现对被成形件的轴向轧制累积变形,因此所需的变形力小,模具寿命长,在轧制过程中,下模在弹性力的作用下,与锥轧辊形成封闭型腔,因此上下模之间不产生飞边,不需要切边工序,而且节约原材料。
[0020] 总之,本发明能够有效地成形从动螺旋齿轮齿形,能够采用较小载荷、相对简单的设备对汽车后桥从动齿轮坯进行有效地成形,节约原材料30%以上。例如,成形外径为246mm的从动螺旋齿轮,所需载荷设备载荷为400吨,而用普通设备需4000吨以上设备;用原初切螺旋齿工艺,需钢材约8公斤,而利用本发明对从动螺旋齿轮齿形进行成形,所需钢材少于6公斤。附图说明 [0021] 图1是本发明模具总图纵剖面图。
[0022] 图2是本发明从动螺旋齿轮纵剖面图。
[0023] 图3是本发明扩孔件纵剖面图。
[0024] 图4是本发明坯件及模具开始接触纵剖面图。
[0025] 图5是本发明齿形充满模具型腔纵剖面图。
[0026] 图6是本发明锥轧辊组件构造图。
[0027] 图7是图6中A向视图。
[0028] 图8是本发明模芯构造图。
[0029] 图9是图8中A向视图。
[0030] 图io是本发明底模构造图。
[0031] 图11是本发明整形模垫板构造图。
[0032] 图12是图11中B-B剖视图。
[0033] 图中:1.变速箱;2.主轴轴心线;3.主轴;4.拉杆;5.轧辊轴心线;6.轧辊轴
7.轴承;8.加强板;9.第一内六角螺栓;10.压圈;11.第二内六角螺栓;12.锥轧辊;13.凹 模;14.螺栓;15.法兰;16.垫板;17.底模;18.蝶簧;19.模芯;20.坚固螺栓;21.下模座; 22.顶杆;23.滑块;24.键;25.顶料板;26.顶料液压缸;27.主油缸;28.坯件;29.已成
形的从动螺旋齿轮;30.螺旋齿齿形;31.锥轧辊六方台;32.模芯六方台;33.螺旋齿齿形 型腔;34.小六方凹坑;35.六方导向槽;36.大六方凹坑。
具体实施方式
[0034] 下面结合实施例对本发明作进一步说明,但本发明不仅仅局限于下面的实施例。 [0035] —.汽车后桥从动螺旋齿轮齿形的成形方法 [0036] 该成形方法采用包括以下步骤的方法: [0037] (1)制备从动螺旋齿轮坯的半成品:
[0038] 经过镦粗一冲孔一冲连皮一整形一扩孔工艺过程制造坯件28 (见图3、图4),所 制坯件形状与从动螺旋齿轮坯(如图2所示)形状相似。该坯件的外锥度(A1、A2)基本 不变,内锥A3变为O,外圆直径在从动螺旋齿轮坯的基础上减少3mm(即:将从动螺旋齿轮 (图2)中的特征为外径尺寸D1、D2、D3减小3mm),内圆直径在从动螺旋齿轮坯的基础上增 加2mm(S卩:将内径尺寸dl、d2、d3、d4縮小2mm)。在保持体积相等的原则下,计算出高度尺 寸,即:将扩孔件的高度Hl、 H2、 H3、 H4分别变为Hl+B、 H2+B、 H3+B、 H4+B,其它尺寸不变,扩 孔件如图3所示。
[0039] (2)将所制造的坯件放入成形模具型腔中(图1),进行齿形成形,齿形成形后的状 态如图5所示。该模具中的模芯19外圆尺寸与形状与从动螺旋齿轮坯的内圆尺寸与形状 相同,利用模具的模芯19定位,即将坯料在内孔套在模芯19的外圆上。 [0040] (3)如图3所示,上模为一对锥轧辊12,锥轧辊12在轧辊轴6、主轴3、变速箱1的 带动下围绕轧辊轴心线5旋转(以下简称公转),滑块23在主油缸27的作用力下向上运 动,带动下模(下模由底模17、模芯19、凹模13组成)及坯件28向上运动,当坯件28上表 面接触到锥轧辊12时(如图4所示位置),锥轧辊12在坯件28磨擦力的作用下自转,在底模17、模芯19向上挤压及锥轧辊12既公转又自转的联合作用下实现对坯件28轧制变 形。锥轧辊12轧制面为从动螺旋齿平端面和背锥面,即图1中的外圆D3与内圆d3之间的 平面及锥度为A1的背锥面,因此上模、下模的分型面选择为接近齿形大端齿根处。随着下 模上移,锥轧辊同时对坯件的平端面和背锥面进行挤压,而且使凹模13相对与下坯件向下 运动,促使金属向底模齿形部分移动,以充满齿形(图5)。 [0041] 经过上述步骤,完成汽车后桥从动齿轮齿形的成形。 [0042] 二.汽车后桥从动螺旋齿轮齿形的成形模具 [0043] 该成形模具的结构如图1所示:包括上模和下模。
[0044] 上模的结构:为一种对称的双锥轧辊12,如图6和图7所示:锥轧辊锥顶角为 90° ,两个锥轧辊以设备主轴轴线为对称轴,锥轧辊轴线与设备轴线同在l个平面,锥轧辊 轴线之间的夹角为90° ,锥轧辊顶部加工有锥辊正六台阶31,此六方台既作为保证锥轧辊 轴线与锥轧辊轴轴线同心之用,又作为防止锥轧辊轴与锥轧辊之间产生相对转动。锥轧辊 安装在轧辊轴上,两个锥轧辊轴心线5与主轴轴心线在同一平面内,沿此平面剖视两个锥 轧辊所形成的型腔形状及尺寸与从动螺旋齿轮坯平端面和背锥面形状及尺寸一致。 [0045] 下模的结构:由凹模13、底模17及模芯19组成。
[0046] 模芯19的结构如图8和图9所示:其上半部分形状及尺寸与从动螺旋齿轮坯内圆 形状及尺寸一致,下端面加工一个模芯六方台32 (六方凸台),此六方台既作为保证模芯19 轴线与主轴轴心线2同心之用,又作为防止模芯19与下模座21之间产生相对转动。 [0047] 底模17的结构如图10所示:底模是一个环形结构,其内孔是圆形,内孔可沿模芯外圆 上下滑动,上端加工有螺旋齿齿形型腔33,外圆中间部分为圆形,其外径与从动螺旋齿轮坯最 大外径相等,下端加工有一个六方形,此六方形是保证凹模13在成形过程中不发生转动。凹模 底部安装有蝶簧18 (图1),弹性力变化范围为0至400kN,凹模接触锥轧辊之前(图4所示状态 之前)为O,成形终了瞬间(图5所示瞬间)为400kN,在弹性力的作用下,凹模13可相对于底 模17及模芯19向上运动,在成形过程之中,凹模13相对于底模17及模芯19向下运动。 [0048] 下面结合附图对其它没有叙述的部件和有关部件进行描述。
[0049] 两个锥轧辊12(左右对称)通过加强板8、压圈10、拉杆4、第一内六角螺栓9、第 二内六角螺栓11等固定在轧辊轴6上,轧辊轴可在轴承7的轴承座中旋转。锥轧辊12 (图 6),在其上端加工出高为hl的六方台,正六方边对边距离为Ll,此六方台装入加强板8中的 正六方凹坑中,以保证锥轧辊12与轧辊轴6组件之间对中心,并且防止它们之间发生相对 转动和相对滑动。用紧固螺栓20将下模座21固定在滑块23上,在下模座与滑块之间安装 4个对称排列的键24,以防止下模座相对滑块23转动。用螺栓14及法兰15将垫板16压 装在下模座21上。在垫板16(图ll和图12)上制作有6个蝶簧座,并制作有用于安装小 六方形凹坑34,小六方形凹坑34深为h3 (7〜10mm),边对边距离为L2,以保证模芯19对中 心,并且防止模芯19转动;在垫板16上还制作有六方导向槽35,其高为h5 (大于顶料高度 5〜10mm),边对边的距离L3根据已成形的从动螺旋齿轮29最大外径确定, 一般小于从动 螺旋齿轮29最大外径的10〜20mm,此六方导向槽35的作用是保证底模17在其中滑动且 防止底模17转动;另外,在垫板16中还制作有深为h4,边对边尺寸为L4的六方坑,其作用 是保证凹模13在其中上下浮动,并防止凹模13转动;利用螺栓14及法兰15将凹模13装 在垫板16上,凹模13(图11)底部制作有正六方体,边与边尺寸为L4,此正六方体装入垫板16的大正六方凹坑36中,并经垫板16大六方凹坑36的导向上下滑动,滑动距离为h,h大 于坯件(图2)高与已成形螺旋齿轮高(图3)之差,即h〉B,凹模13型腔尺寸Dl、H3与从 动轮坯件相应尺寸相等;模芯19(图8)下高为h2的正六方凸台装于垫板16的深为h3的 小六方形凹坑中,h2 = h3+3〜5mm,利用内六角圆柱头螺钉将模芯19固定在垫板16上,模 芯19型腔直径dl、d2、d4等尺寸与从动螺旋齿轮轮(图3)内圈直径尺寸相等;底模17(图 9)的外圈上半部为圆形,其直径等于从动齿轮坯最大外径,下半部为六方形,此六方形在垫 板16的正六方凹坑中上下滑动,并防止其转动。顶料板25装在锥轧辊辗压机的顶料液压 缸26中的活塞顶部上,3个顶杆22装在下模座21及垫板16三个均布的通孔中。 [0050] 如图2所示为从动螺旋齿轮,如图3所示为扩孔坯件(以下简称坯件)。将坯件 28放入到如图4所示的下模中,在锥轧辊辗压机主油缸27的作用下,滑块23向上移动,当 待坯件28上表面接触到锥轧辊12时,如图4所示位置时,在摩擦力的作用下,锥轧辊12及 锥轧辊轴6开始自转,在锥轧辊12既绕主轴轴心线5公转又绕自轴轴心线自转,在底模17、 模芯18向上挤压及锥轧辊6既公转又自转的联合作用下实现对坯件28轧制变形。当坯件 28上表面接触到锥轧辊时,在碟簧18弹性力的作用下,凹模13向上浮动,使得凹模13上 表面与锥轧辊12接触,即锥轧辊12与凹模形成封闭型腔,强迫扩孔坯件28在变形过程中, 金属被封闭在型腔中流动并充填底模17齿形型腔。滑块继续向上运动,带动垫板17、模芯 19、底模17及下模座21 —起向上竖直运动,此时锥轧锥轧辊12及凹模13在竖直方向不运 动,在锥轧辊12及凹模13与模芯19、底模12相对作用下,使金属挤压变形,充满锥轧锥5 及凹模13、模芯9、底模12形成的齿形型腔。当坯件充满型腔,达到所要求的厚度时,如图5 所示,滑块快速下行,当达到下极限位时,在顶料液压缸26的作用下,顶料板25向上运动, 通过3个均布的顶杆22向上顶起底模17,底模顶出已成形从动螺旋齿形成形件29,顶出高 度大于图2中的H3+H1-H2。

Claims (10)

  1. 一种汽车后桥从动螺旋齿轮齿形的成形模具,包括上模和下模,其特征是:上模的结构:为一种对称双锥轧辊,其锥顶角为90°;两个锥轧辊以设备主轴轴线为对称轴,锥轧辊轴线与设备轴线同在1个平面,两个锥轧辊轴线之间的夹角为90°,两个锥轧辊顶部加工有六方台阶;锥轧辊安装在轧辊轴上,两个轧辊轴轴心线5与主轴轴心线在同一平面内,沿此平面剖视的两个锥轧辊所形成的型腔形状及尺寸与从动螺旋齿轮坯平端面和背锥面形状及尺寸一致;下模的结构:主要由凹模(13)、底模(17)及模芯(19)组成;模芯(19)上半部分形状及尺寸与从动螺旋齿轮坯内圆形状及尺寸一致,下端面加工一个正六方形台阶;底模(17)是一个环形结构,内孔是圆形,内孔可沿模芯外圆上下滑动,底模上端加工有螺旋齿齿形型腔(33),外圆中间部分为圆形,其外径与从动螺旋齿轮坯最大外径相等,下端加工有一个六方形,此六方形是保证凹模在成形过程中不发生转动;在凹模的底部安装有蝶簧(18),在蝶簧弹性力的作用下,凹模(13)相对于底模(17)及模芯(19)向上运动。
  2. 2. 根据权利要求1所述的汽车后桥从动螺旋齿轮齿形的成形模具,其特征是:两个锥 轧辊(12)通过加强板(8)、压圈(10)、拉杆(4)、第一内六角螺栓(9)、第二内六角螺栓(11) 固定在轧辊轴(6)上,轧辊轴可在轴承(7)的轴承座中旋转。
  3. 3. 根据权利要求2所述的汽车后桥从动螺旋齿轮齿形的成形模具,其特征是:在加强 板(8)上设有正六方凹坑,在锥轧辊(12)的上端加工有六方凸台,该六方凸台与加强板(8) 的正六方凹坑配合相连。
  4. 4. 根据权利要求1所述的汽车后桥从动螺旋齿轮齿形的成形模具,其特征是:用紧固 螺栓(20)将底模(17)及下模座(21)固定在锥轧辊辗压机的滑块(23)上,在下模座与滑 块之间安装4个对称排列的键(24),以防止下模座相对滑块(23)转动。
  5. 5. 根据权利要求4所述的汽车后桥从动螺旋齿轮齿形的成形模具,其特征是:垫板 (16)和与之相连的凹模(13)用螺栓(14)及法兰(15)压装在下模座(21)上。
  6. 6. 根据权利要求5所述的汽车后桥从动螺旋齿轮齿形的成形模具,其特征是:在垫板 (16)上制作有用于安装蝶簧(18)的蝶簧座。
  7. 7. 根据权利要求5所述的汽车后桥从动螺旋齿轮齿形的成形模具,其特征是:在垫板 (16)上制作有六方导向槽,其高大于顶料高度5〜10mm,其边对边的距离小于已成形的从 动螺旋齿轮(29)最大外径的10〜20mm。
  8. 8. 根据权利要求5所述的汽车后桥从动螺旋齿轮齿形的成形模具,其特征是:在垫板 (16)中制作有大小不同2个六方坑,凹模(13)底部制成正六方体,此正六方体装入垫板 (16)的大六方凹坑中体,模芯(19)的六方凸台装入垫板(16)的小六方凹坑中,凹模(13) 在大正六方凹坑的导向上下滑动,并防止凹模(13)转动。
  9. 9. 根据权利要求1所述的汽车后桥从动螺旋齿轮齿形的成形模具,其特征是:锥轧辊 (6)轧制面为从动螺旋齿轮的螺旋齿平端面和背锥面。
  10. 10. —种汽车后桥从动螺旋齿轮齿形的成形方法,其特征是采用权利要求1至9中任一 权利要求所述的成形模具对汽车后桥从动螺旋齿轮齿形进行成形,其步骤包括:(1)制备从动螺旋齿轮坯的半成品:经过镦粗、冲孔、冲连皮、整形和扩孔工艺过程制造坯件(28),所制坯件为从动螺旋齿 轮坯的半成品,该坯件的外锥度不变,内锥锥度为O,外圆直径在从动螺旋齿轮坯的基础上减少3mm,内圆直径在从动螺旋齿轮坯的基础上增加2mm,在保持体积相等的原则下,计算 出高度尺寸;(2) 将所制造的坯件放入成形模具型腔中,该模具中的模芯(19)外圆尺寸与形状与从 动螺旋齿轮坯的内圆尺寸与形状相同,利用模具的模芯(19)定位,即将坯料在内孔套在模 芯(19)的外圆上;(3) 从动螺旋齿轮齿形的成形:成形模具的上模为锥轧辊(12),该锥轧辊在轧辊轴 (6)、主轴(3)、变速箱(1)的带动下围绕主轴轴心线(5)旋转,其为公转,锥轧辊辗压机滑块 (23)在主油缸的作用力下向上运动,带动下模及坯件(28)向上运动,当坯件上表面接触到 锥轧辊(12)时,该锥轧辊在坯件(28)磨擦力的作用下自转,在底模(17)、模芯(19)向上挤 压及锥轧辊(12)既公转又自转的联合作用下实现对坯件(28)轧制变形;随着下模上移,锥 轧辊同时对坯件的平端面和背锥面进行挤压,而且使凹模(13)相对于坯件向下运动,促使 金属向底模齿形部分移动,以充满齿形;经过上述步骤,完成汽车后桥从动齿轮齿形的成形。
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