CN102615236A - 一种非对称圆柱齿轮冷精密成形装置 - Google Patents

Abstract

一种非对称圆柱齿轮冷精密成形装置，它包括安装在基座上的下模架、位于下模架上方的运动凹模、设置在运动凹模上方的上模架；在所述下模架内由下至上依次设置有下内置油缸和中空柱形结构的下外冲头，在下外冲头的中空柱腔内安装有下内冲头；所述运动凹模是由移动横梁和安装在移动横梁中间位置处的设置的模腔内的成形凹模，所述移动横梁的两端分别与竖直设置在下模架两侧的用于控制移动横梁上下位移的油缸相结合；在所述上模架内由上至下依次设置有是内置油缸和中空柱形结构的上外冲头，在下外冲头的中空柱腔内安装有上内冲头；且所述的成形凹模与上下外冲头、上下内冲头均以共轴线方式设置。

Description

一种非对称圆柱齿轮冷精密成形装置

技术领域

本发明属于机械制造行业中冷精密成形工艺及其装置，具体是涉及一种非对称圆柱齿轮冷精密成形装置，适用于形状不对称的齿轮的生产。

背景技术

目前H/D（高度H与直径D）较大的齿轮可用正挤压方法解决已不是工程难度，但圆柱齿轮大多数是平扁形的，一般H/D<1/2～1/10，而扁平型齿轮，只能采用带齿形的冲头，在齿形凹模中镦粗毛坯，使毛坯径向流动而成形，如图1所示，由于凹模7的齿形是逐步变窄的，所以要径向流动充满齿形是相当困难的，或需要相当高的加压应力（可高达3000～4000Mpa），使模具承受不了，冷锻模具最高许用应力一般为≤2500Mpa，所以圆柱齿轮冷成形的最大难点是要寻求既能使齿形充满而模具受力不超过许用范围的冷成形方法。

目前国内外研究比较多的是研究直齿圆柱齿轮的冷成形方法，因它与斜齿圆柱齿轮成形同样有成形应力高的问题。图2为日本的二步法冷成形齿轮的工艺图，第一步先预成形，成形出没有充满齿形的预成形坯料，高度比终成形的齿轮要高，然后把该坯料冲孔，将这个带孔的预成形坯料再进行第二步终成形，用中孔分流成形来降低成形应力，使成形应力控制在模具许用应力范围，其它国家也用类似的二步法进行研究，我国南昌大学用Al、Pb等材料对不同成形方法进行模拟试验，但均未用钢材进行试验。某大学用二步成形法，中孔分流减压措施，其成形应力仍高达3000Mpa。日本学者Koji Harada;Hisanobu Kanamaru二人研究了斜齿圆柱齿轮的冷成形方法（美国专利号：5746085），采用两步双向镦挤方法成形，如图3所示。第一步双向成形一个斜齿圆柱齿轮的初形，第二步进行双向成形把初形镦成最终产品（H>h），用两步冷成形工艺复杂，需要预成形、终成形，有的需要中间退火及润滑。要把已预成形的斜齿圆柱齿轮初坯再放入斜齿凹模比较困难，不便于工业应用。

本发明的申请人郑州机械研究所对直齿圆柱齿轮的冷成形进行了深入的研究，已研究成功了双向挤镦直齿圆柱齿轮冷成形新工艺（已获发明专利，专利号：ZL03126356P），此方法用双向挤镦降低了成形应力，一步成形了直齿圆柱齿轮，改变了其他学者二步成形方法。本申请人也研究了斜齿轮冷精密成形的工艺，由于斜齿轮比直齿轮齿形复杂，它是沿轴向旋转的，齿形充满更困难，所以比直齿轮成形应力高，用上述发明的双向挤镦法成形斜齿轮也不现实。由于发明了双向内外冲头可控双向挤镦工艺，成功实现了一步成形斜齿轮。上述专利由于是等速的双向挤镦，成形的齿轮上下形状是对称的，所以该方法对成形上下对称的齿轮比较合适，但在实际生产应用中，有比较大的一部分齿轮是上下不对称的，所以需进一步研究。

发明内容

本发明的目的正是为了克服上述现有技术所存在的问题与不足，而提供一种非对称圆柱齿轮冷精密成形装置，可一步直接成形非对称圆柱齿轮，其成形齿轮精度达到8级。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明采用速度可控的双向挤镦及内外冲头可控行程的分流成形方式达到双重降低成形应力的工艺，可实现在冷作模具材料强度允许应力（2500Mpa）范围内一步成形出齿形充满形状不对称的圆柱齿轮。

具体说，本发明的非对称圆柱齿轮冷精密成形装置包括安装在基座上的下模架、位于下模架上方的运动凹模、设置在运动凹模上方的上模架；在所述下模架内由下至上依次设置有下内置油缸和中空柱形结构的下外冲头，在下外冲头的中空柱腔内安装有下内冲头；所述运动凹模是由移动横梁和安装在移动横梁中间位置处的设置的模腔内的成形凹模，所述移动横梁的两端分别与竖直设置在下模架两侧的用于控制移动横梁上下位移的油缸相结合；在所述上模架内由上至下依次设置有是内置油缸和中空柱形结构的上外冲头，在下外冲头的中空柱腔内安装有上内冲头；且所述的成形凹模与上下外冲头、上下内冲头均以共轴线方式设置。

控制移动凹模的移动速度，可实现在单向压力机上等速或非等速双向加载。

本发明中所述的上、下内置油缸的承压范围为50MPa—100MPa的超高压系统。

本发明中所述各油缸分别通过连接管路与液压动力源相连接。

利用本发明的成形装置，更换上下内外冲头及凹模即可双向可控镦挤成形其它形状零件——除齿轮外的需双向成形的零件，如十字轴等。

本发明的工作原理与过程如下：

在压力机滑块向下运动时，毛坯放入成形凹模后，压力机滑块下行，上模架下行，当上内冲头接触毛坯后，滑块继续下行，则上内冲头开始挤压毛坯，同时移动横梁按油缸控制的速度开始下行。而此时下内冲头由下内置油缸的油压顶着固定不动，所以也开始对毛坯进行挤压，形成上下内冲头、双向同时对毛坯开始挤孔。滑块下行速度与移动横梁下行速度之比要根据齿轮形状不对称程度决定。毛坯的金属在流向齿形的同时，也向毛坯的高度方向反向流动，当挤压到一定位置，上下内冲头所受的压力达到上下内置油缸调定的压力时，上下内置油缸开始在压力作用下开始排油，此时上下内冲头停止挤进。此时压力机滑块及移动横梁仍在下行，所以上下带齿形外冲头开始镦挤毛坯，直至最终成形齿轮。在上下外冲头镦挤毛坯时，开始时上下内冲头在上下内置油缸压力作用下基本不动，当上下外冲头挤压毛坯14成形齿形的成形应力进一步提高时，在增高压力作用下，上下内置油缸加速排油，使上下内冲头有一个后退的动作，即达到分流成形的目的，从而降低最终成形应力，使成形应力降至冷作模具材料强度允应力（2500Mpa）范围内，所以能在工业生产中得到实际应用。齿形精度可达8级，对大部分齿轮来说，齿面可不再加工，对精度要求高的齿轮，可加后序剃齿或磨齿工序。

本发明的有益效果如下：

1、         工艺简单流程短，达到冷精密成形的高效、节能、节材的目的。

2、         只需要一步法的一套成形模架，即可成形非对称圆柱齿轮，节省了模具材料及加工非用。

3、         本发明与已有的斜齿轮冷成形装置相比，设置了一个可控的移动横梁，使凹模的运动实时可控，以调节双向挤镦时上下不同速率，达到成形形状不对称的圆柱齿轮目的，也可调整合适的速率比成形形状对称的圆柱齿轮，所以应用范围扩大了，可成形不同形状的直齿、斜齿圆柱齿轮。

4、         本发明应用移动横梁的装置，实现了双向挤镦，又增加内冲头分流成形机构，达到双重降低齿轮成形应力高的难题，使齿轮冷精密成形能在生产中应用

5、         齿轮齿形精度高，生产效率高。

附图说明

图1是现有技术的圆柱齿轮镦挤径向流动成形示意图。

图中：1’为冲头，2’为凹模，3’为坯料，4’为垫板。

图2是日本的二步法冷成形齿轮的工艺图。

图3 是美国专利两步成形斜齿圆柱齿轮专利工艺图

图4为本发明所用齿轮毛坯示意图。

图5是本发明的成形装置示意图。

图4、5中序号：1为上模架，2为上内置油缸，3为上外冲头，4上内冲头，5为成形凹模，6为成形齿轮，7为移动横梁，8为下内冲头，9为下外冲头，10为下内置油缸，11为用于控制移动横梁上下位移的油缸，12为上模架，13为基座，14为毛坯。

具体实施方式

本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述：

如图4、5所示：本发明的非对称圆柱齿轮冷精密成形装置包括安装在基座上的下模架12、位于下模架上方的运动凹模、设置在运动凹模上方的上模架1；在所述下模架内由下至上依次设置有下内置油缸10和中空柱形结构的下外冲头9，在下外冲头9的中空柱腔内安装有下内冲头8；所述运动凹模是由移动横梁7和安装在移动横梁7中间位置处的设置的模腔内的成形凹模5，所述移动横梁7的两端分别与竖直设置在下模架两侧的用于控制移动横梁上下位移的油缸11相结合；在所述上模架内由上至下依次设置有是内置油缸2和中空柱形结构的上外冲头3，在下外冲头3的中空柱腔内安装有上内冲头4；且所述的成形凹模5与上下外冲头、上下内冲头均以共轴线方式设置；所述的上、下内置油缸2、10的承压范围为50MPa—100MPa的超高压系统。

Claims (2)

1.一种非对称圆柱齿轮冷精密成形装置，其特征在于：它包括安装在基座上的下模架、位于下模架上方的运动凹模、设置在运动凹模上方的上模架；在所述下模架内由下至上依次设置有下内置油缸和中空柱形结构的下外冲头，在下外冲头的中空柱腔内安装有下内冲头；所述运动凹模是由移动横梁和安装在移动横梁中间位置处的设置的模腔内的成形凹模，所述移动横梁的两端分别与竖直设置在下模架两侧的用于控制移动横梁上下位移的油缸相结合；在所述上模架内由上至下依次设置有是内置油缸和中空柱形结构的上外冲头，在下外冲头的中空柱腔内安装有上内冲头；且所述的成形凹模与上下外冲头、上下内冲头均以共轴线方式设置。

2.根据权利要求1所述的非对称圆柱齿轮冷精密成形装置，其特征在于：所述的上、下内置油缸的承压范围为50MPa—100MPa的超高压系统。

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