CN103192016A - 非对称大直径直齿圆柱齿轮冷精密成形装置 - Google Patents

Abstract

一种非对称大直径直齿圆柱齿轮冷精密成形装置，其特征在于：所述装置包括由移动横梁、安装在移动横梁中部设置的模具安放腔内的凹模组成的运动凹模，所述移动横梁通过对称、竖直设置的油缸安装在机座上；在所述凹模上方以与凹模共轴线的方式由外至内依次设置有中空柱形结构的上外冲头、通过环形结构的上中油缸驱动的中空柱形结构的上中冲头、通过上内油缸驱动的柱形结构的上内冲头；在所述凹模下方以与凹模共轴线的方式由外至内依次设置有中空柱形结构的下外冲头、通过环形结构的下中油缸驱动的中空柱形结构的下中冲头、通过下内油缸驱动的柱形结构的下内冲头；且所述的上外冲头和下外冲头的外径均小于凹模模腔的内径。

Description

非对称大直径直齿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技术，具体是一种适用于大直径（齿顶圆直径150mm以上）非对称形状复杂直齿圆柱齿轮生产的非对称大直径直齿圆柱齿轮冷精密成形装置。

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，非对称大直径直齿圆柱齿轮形状复杂并且非对称，齿轮轮辐和中心沉孔需要锻出，齿轮上下两端面凸台高度不同，这些都给齿轮成形带来很大难度。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。国内对直径较小齿轮的研究较多，对大直径齿轮的冷锻工艺研究尚属空白。

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，而研究提供一种非对称大直径直齿圆柱齿轮冷精密成形装置，该装置可一步直接成形非对称大直径直齿圆柱齿轮，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：

本发明的非对称大直径直齿圆柱齿轮冷精密成形装置包括由移动横梁、安装在移动横梁中部设置的模具安放腔内的凹模组成的运动凹模，所述移动横梁通过对称、竖直设置的油缸安装在机座上；在所述凹模上方以与凹模共轴线的方式由外至内依次设置有中空柱形结构的上外冲头、通过环形结构的上中油缸驱动的中空柱形结构的上中冲头、通过上内油缸驱动的柱形结构的上内冲头；在所述凹模下方以与凹模共轴线的方式由外至内依次设置有中空柱形结构的下外冲头、通过环形结构的下中油缸驱动的中空柱形结构的下中冲头、通过下内油缸驱动的柱形结构的下内冲头；且所述的上外冲头和下外冲头的外径均小于凹模模腔的内径。

由于本发明在单动压力机上采用内、中、外冲头双向可控镦挤方式，在压力机运行下，各个冲头行程由液压油缸在一定范围下控制调整，使得齿轮毛坯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的非对称大直径直齿圆柱齿轮。

利用本发明的成形装置，更换上下内、中、外冲头及凹模即可双向可控镦挤成形其它形状零件。

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，即可成形非对称大直径直齿圆柱齿轮，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。由于设置了上下内、中油缸，上下内、中冲头的移动可以自由调节，可以根据需要调节分流空间，成形形状较复杂的齿轮或其他锻件；

4、齿轮齿形精度高，生产效率高。

附图说明

图1现有技术的斜齿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日本的二步法冷成形齿轮的工艺图。

图3 美国专利两步成形斜齿圆柱齿轮专利工艺图。

图4为毛坯示意图。

图5本发明的成形装置示意图。

图4、5中序号：1为压力机滑块，2为上中油缸，3为上外冲头，4上中冲头，5为上内油缸，6为上内冲头，7为凹模，8为移动横梁，9为成形齿轮，10为下内冲头，11为下中冲头，12为下外冲头，13为下内油缸，14为下模座，15为下中油缸，16为移动横梁控制油缸，17为机座，18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，本发明的非对称大直径直齿圆柱齿轮冷精密成形装置包括由移动横梁8、安装在移动横梁中部设置的模具安放腔内的凹模7组成的运动凹模，所述移动横梁8通过对称、竖直设置的油缸16安装在机座17上；在所述凹模7上方以与凹模共轴线的方式由外至内依次设置有中空柱形结构的上外冲头3、通过环形结构的上中油缸2驱动的中空柱形结构的上中冲头4、通过上内油缸5驱动的柱形结构的上内冲头6；在所述凹模7下方以与凹模共轴线的方式由外至内依次设置有中空柱形结构的下外冲头12、通过环形结构的下中油缸15驱动的中空柱形结构的下中冲头11、通过下内油缸13驱动的柱形结构的下内冲头10；且所述的上外冲头3和下外冲头12的外径均小于凹模7模腔的内径。

本发明以下将结合附图对装置的工作原理及工艺流程作进一步描述：

进行镦挤作业时，将毛坯18放入凹模7后，压力机滑块1下行，当上中冲头4接触到毛坯18时，开始挤压毛坯，同时移动横梁8也按一定速率向下移动，上下中冲头4、11由上下中油缸2、15顶着，所以上下中冲头4、11同时开始双向镦挤，当挤进一定深度后，上下中油缸2、15内油压上升至调定油压时，开始通过油管排油，移动横梁8停止向下移动，上下中冲头4、11后退一定距离后停止，上内冲头6由上内油缸5顶着向下移动，此时下内冲头10、下中冲头11、上中冲头4由油缸顶着不动，当上内冲头6挤进一定深度后，上下内油缸5、13达到调定油压时开始通过油管排油，此时上内冲头6停止挤压，随后压力机滑块1下行，上外冲头3接触坯料18 ，同时移动横梁8向下移动，上下外冲头同时向坯料挤进，直到齿轮成形完毕。当上内冲头、上下外冲头挤压毛坯成形齿形的成形应力进一步提高时，由于上下中冲头之前有一个后退的动作，形成了一定的分流空间，多余金属向该空间流动，达到分流减压的目的，从而有效降低成形应力，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。齿轮成形后，压力机滑块1回程上行，移动横梁8也回程上行，下内油缸13进油把齿轮9从凹模7中顶出。再放入毛坯18，重复以上动作。

Claims (1)

1.一种非对称大直径直齿圆柱齿轮冷精密成形装置，其特征在于：所述装置包括由移动横梁、安装在移动横梁中部设置的模具安放腔内的凹模组成的运动凹模，所述移动横梁通过对称、竖直设置的油缸安装在机座上；在所述凹模上方以与凹模共轴线的方式由外至内依次设置有中空柱形结构的上外冲头、通过环形结构的上中油缸驱动的中空柱形结构的上中冲头、通过上内油缸驱动的柱形结构的上内冲头；在所述凹模下方以与凹模共轴线的方式由外至内依次设置有中空柱形结构的下外冲头、通过环形结构的下中油缸驱动的中空柱形结构的下中冲头、通过下内油缸驱动的柱形结构的下内冲头；且所述的上外冲头和下外冲头的外径均小于凹模模腔的内径。

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