CN103433418B - 一种螺旋锥齿轮精锻装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及螺旋锥齿轮领域，尤其涉及螺旋锥齿轮精锻领域。其包括模架、凸模、齿模、下模、弹性件、齿条、直齿圆柱齿轮、主动直齿锥齿轮和从动直齿锥齿轮，模架为连接各部件的主体，下模在齿模下面，凸模在齿模上部，三者闭合时形成密闭腔，从动直齿锥齿轮与齿模之间有止退机构，使从动直齿锥齿轮只能带动齿模单向旋转，主动直齿锥齿轮与从动直齿锥齿轮啮合，与直齿圆柱齿轮同轴连接，直齿圆柱齿轮与齿条啮合，弹性件在齿条上方。本发明实现了齿模只在脱模时旋转，在模具闭合和锻件成形时不旋转，降低了螺旋锥齿轮精锻过程中的模具填充难度和成形后的脱模难度；实现了合模时对预制坯的定位锁紧和分模时终锻件不随齿模运动。

Description

一种螺旋锥齿轮精锻装置及方法

技术领域

本发明涉及螺旋锥齿轮领域，尤其涉及螺旋锥齿轮精锻领域。

背景技术

螺旋锥齿轮用于传递相交轴、交错轴之间的运动和动力，由于螺旋锥齿轮的啮合具有重合度高，承载能力强，传动效率高，传动平稳，噪音小等特点，适用于高速、重载的情况，尤其在汽车、飞机、机床等工业领域中起着不可替代的作用。

齿轮精锻技术采用塑性成形的方法使金属毛坯在模具作用下产生变形，从而获得符合要求的齿轮产品，精锻后齿面无需或仅需少量精加工即可满足啮合要求，与传统的切齿加工方法相比，齿轮精锻技术具有生产效率高，材料和能源消耗低的特点，同时，精锻能够在齿轮内部形成沿轮齿连续的纤维流向，从而使齿轮的力学性能大大提高。

主动螺旋锥齿轮形状复杂，齿面节线是角度较大的螺旋线，使得精锻过程中金属成形阻力大，模具填充困难。同时，主动螺旋锥齿轮较大的螺旋角使其在成形后脱模困难，因此需要寻求一种能够在成形过程中顺利充满型腔且在成形后顺利脱模的方法。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明解决的技术问题为：降低螺旋锥齿轮精锻过程中的模具填充难度，和成形后的脱模难度。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种螺旋锥齿轮精锻装置，其包括模架、凸模、齿模、下模、弹性件、齿条、直齿圆柱齿轮、主动直齿锥齿轮和从动直齿锥齿轮。

其中，模架为连接各部件的主体，下模在齿模下面，凸模在齿模上部，三者闭合时形成密闭腔，从动直齿锥齿轮与齿模之间有止退机构，使从动直齿锥齿轮只能带动齿模单向旋转，主动直齿锥齿轮与从动直齿锥齿轮啮合，与直齿圆柱齿轮同轴固定连接，直齿圆柱齿轮与齿条啮合，弹性件在齿条上方，给齿条向下的力。

进一步的，螺旋锥齿轮精锻装置还包括定位夹紧装置，固定和夹紧预制坯。

进一步的，定位夹紧装置为气缸。

进一步的，螺旋锥齿轮精锻装置还包括压紧装置，驱动齿模与下模合模。

进一步的，压紧装置为气缸。

进一步的，螺旋锥齿轮精锻装置还包括锻件顶杆，顶出成形后的锻件。

本发明还提供了一种螺旋锥齿轮精锻方法，其包括以下步骤：

S1、将预制坯放入下模中夹紧；

S2、齿模下压，与下模合模；

S3、凸模下压，挤压预制坯，锻件成形；

S4、凸模与齿模上升，脱模；

S5、从下模取出终锻件。

其中，步骤S2中齿模下压时不旋转。

其中，步骤S4中齿模上升过程中由从动直齿锥齿轮带动旋转。

（三）有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：在旋转脱模机构和止退机构的作用下，整套模具实现了齿模只在脱模过程中旋转，而在模具闭合和锻件成形过程中不旋转，从而达到降低螺旋锥齿轮精锻过程中的模具填充难度，和成形后的脱模难度的目的；同时在气缸的作用下，既实现了合模时对预制坯的定位锁紧，也实现了分模时终锻件不随齿模运动，而继续留在下模上。

附图说明

图1是本发明主动螺旋锥齿轮三维结构图。

图2是本发明实施例主动螺旋锥齿轮精锻模具开模状态示意图。

图3是本发明实施例图2中A-A剖面示意图。

图4是本发明实施例图2中B-B剖面示意图。

图5是本发明实施例螺旋脱模机构三维结构图。

图6是本发明实施例单向旋转调节机构主视半剖图。

图7是本发明实施例单向旋转调节机构俯视图。

图8为本发明实施例精锻模具闭合状态示意图。

图9为本发明实施例精锻模具脱模后状态示意图。

图中，11：上模板；12：固定板；13：凸模固定板；14：上模支撑装置；15：下模板；16：导柱；17：导套；21：凸模；22：齿模；23：第一下模；24：第二下模；31：定位夹紧气缸；32：锻件顶杆；33：预制坯；41：压紧气缸；51：齿条；52：直齿圆柱齿轮：53：顶杆；54：从动直齿锥齿轮；55：主动直齿锥齿轮；56：端盖；57：弹簧；61：垫板；62：压板；71：内孔凹槽侧表面；72：滑块；73：螺旋弹簧；74：内孔凹槽内表面；75：从动直齿锥齿轮内孔；81：终锻件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明一种螺旋锥齿轮精锻装置，主要为生产如图1所示的螺旋锥齿轮。其包括模架、凸模21、齿模22、下模、弹性件、齿条51、直齿圆柱齿轮52、主动直齿锥齿轮55和从动直齿锥齿轮54。

如图2所示，本发明的实施例中，其中，模架为连接各部件的主体，其包括上模板11、下模板15、压板62、上模支撑装置14、导柱16和导套17。

优选的实施方式为，发明的精锻装置还包括压紧装置。

在合模时，压紧装置提供大而稳定的合模力将模具锁紧，避免成形过程中材料溢出形成飞边。

更优选的实施方式为，压紧装置为气缸。

凸模21和导柱16均固定安装在上模板11上，导柱16下端伸入导套17内，导套17固定安装在上模支撑装置14侧部，压板62安装在上模支撑装置14上部，压紧气缸41两端分别固定安装在上模板11和压板62上。

优选的实施方式为，压紧气缸41与上模板11之间有固定板12。

此时，压紧气缸41和导柱16均可以安装在固定板12上。加上固定板12后，可以防止压紧气缸41产生滑动而滑出。

下模在齿模22下面，凸模21在齿模22上部，三者闭合时可以形成密闭腔，在凸模21的挤压作用下，预制坯33在三者形成的封闭型腔内沿径向流动成形得到螺旋锥齿轮精锻件，解决了螺旋锥齿轮成形过程中金属流动阻力大，模具充填困难的问题。

从动直齿锥齿轮54与齿模55之间有止退机构，使从动直齿锥齿轮54只能带动齿模22单向旋转，这样大大降低了合模力，有利于模具闭合。

如图5、图6和图7所示，齿模22上端有延伸到侧面的槽，槽内安装有螺旋弹簧73和滑块72，与齿模22相对的从动直齿锥齿轮内孔75上也有对应的内孔凹槽。内孔凹槽内表面74为滑出面，可以使滑块72进入内孔凹槽时能从内孔凹槽内表面74处滑出；内孔凹槽侧表面71为止挡面，使滑块72进入内孔凹槽时不能从内孔凹槽侧表面71出滑出。这样就形成了一个止退机构。

需要指出的是，止退机构并不限于上述的方式，还可以有其他方式。

主动直齿锥齿轮55与从动直齿锥齿轮54啮合，与直齿圆柱齿轮52同轴固定连接，直齿圆柱齿轮52与齿条51啮合，弹性件在齿条51上方，给齿条51向下的力。这样就共同组成了旋转脱模机构，锻件成形后，模具回程时由旋转脱模机构带动齿模22旋转使得锻件从齿模22中顺利脱出。

齿条51下方安装有顶杆53且顶杆53伸出上模支撑装置14，用以带动齿条51相对上模支撑装置14向上运动。不安装顶杆53而是把齿条51伸出上模支撑装置14也可以实现该功能。

为防止压板62与旋转脱模机构之间的空隙太大而造成凸模21下压时不稳定，可以在压板下方加一块垫板61，垫板61中间开一个和凸模相配合的孔以便凸模21通过。

弹性件可以是弹簧，也可以是弹片或橡皮筋等，只要能给齿条提供向下的动力即可。

优选的实施方式为，上模支撑装置14上安装弹性件的孔为通孔。

上模支撑装置14可以开盲孔来安装弹性件，这样安全性能高；也可以开通孔安装弹性件，这样可以方便弹性件的拆卸。

如图3所示，通孔安装弹性件时，在孔的一端需有端盖用于固定弹性件。

优选的实施方式为下模分为两部分，即第一下模23和第二下模24。

下模可以分开为两部分或更多，方便预制坯33的夹持与释放。

优选的实施方式为，下模定位时可以有定位夹紧装置。

定位夹紧装置可以实现预制坯33杆部的定位和夹紧，避免成形和脱模过程中锻件旋转。

更优选的实施方式为，下模的定位夹紧装置为气缸。

下模板15中间可以有孔，孔中有锻件顶杆32。

在成形结束后，气缸打开，终锻件81在压力机顶出缸的作用下由锻件顶杆33从模具中顶出。

上述技术方案所提供的一种螺旋锥齿轮精锻装置的操作过程如下：

将上、下模板分别安装在压力机滑块和工作台上，由压力机带动上、下模具运动。

如图2所示，在开模状态下，定位夹紧气缸31处于非工作状态，下模处于打开状态。将预制坯33放入第一下模23和第二下模24的定位孔中，然后定位夹紧气缸31开始工作，将第一下模23和第二下模24锁紧，以夹持住预制坯33的杆部，实现预制坯33的定位与夹紧。

螺旋锥齿轮精锻装置上模部分下行。下行过程中，在顶杆53下表面与第一下模23和第二下模24的上表面接触后，装置上模部分继续下行，如图5所示，顶杆53在接触力的作用下带动齿条51上行，从而带动直齿圆柱齿轮52、主动直齿锥齿轮55和从动直齿锥齿轮54旋转，从动直齿锥齿轮54的旋向如图5和图7中的w方向。同时在止退机构的作用下，从动直齿锥齿轮内孔75推动滑块72，压缩螺旋弹簧73，使滑块沿图6中箭头a方向移动。由于滑块72的径向移动，旋转运动并没有由从动直齿锥齿轮54传递给齿模22，齿模22不旋转。

因此，在止退机构的作用下，实现了在模具闭合时，齿模22不旋转。此时，由于齿条51上行，弹簧57处于压缩状态。

装置上模部分继续下行，齿模22下表面与第一下模23和第二下模24的上表面接触后，在压紧气缸41提供合模力的作用下，齿模22与第一下模23和第二下模24紧紧的闭合在一起。此时，在齿模22、第一下模23、第二下模24和凸模21之间形成封闭的型腔。

上模板11带动凸模21继续下行，凸模21挤压预制坯33且使坯料沿径向流动充满整个型腔，成形螺旋锥齿轮锻件。

如图4所示，锻件成形后，上模板11、固定板12和凸模21上行，在导柱16上行的带动下，上模支撑装置14上行带动装置上模部分上行。上行过程中，在顶杆53下表面与第一下模23和第二下模24上表面脱离接触后，处于压缩状态下的弹簧57开始伸长，给齿条51向下的动力，使齿条51相对于上模部分下行。直齿圆柱齿轮52、主动直齿锥齿轮55和从动直齿锥齿轮54在齿条51的带动下开始旋转，从动直齿锥齿轮55的旋向与w方向相反。同时在止退机构中，螺旋弹簧73使滑块72紧靠在内孔凹槽内表面74上，因此从动直齿锥齿轮54在旋转过程中通过内孔凹槽侧表面71将动力传递给滑块72，从而滑块带动齿模22旋转。此时气缸31处于锁紧状态，终锻件81被锁紧在第一下模23和第二下模24间，保证了分模时终锻件81不随齿模22运动。因此在旋转脱模机构、止退机构和气缸31的共同作用下实现了在不损伤已成形齿面和齿形凹模的情况下顺利脱模。

如图8和图9所示，脱模完成后，第一下模23和第二下模24在定位夹紧气缸31的作用下打开，锻件顶杆32将终锻件81从第一下模23和第二下模24中顶出。

根据以上所述，可以得出一种螺旋锥齿轮的精锻方法，其包括以下步骤：

S1、将预制坯放入下模中夹紧；

S2、齿模下压，与下模合模；

S3、凸模下压，挤压预制坯，锻件成形；

S4、凸模与齿模上升，脱模；

S5、从下模取出终锻件。

其中，在S2步骤中，齿模下压时不旋转。而在步骤S4中，齿模上升过程中由从动直齿锥齿轮带动旋转从而达到顺利脱模。

综上所述，在旋转脱模机构和止退机构的作用下，整套模具实现了齿模只在脱模过程中旋转，而在模具闭合和锻件成形过程中不旋转。在模具闭合过程中，上模不旋转可以降低合模力，有利于模具闭合，在模具开启时，由于螺旋锥齿轮螺旋角较大，传统的垂直脱模方式会损伤齿形凹模和已成型齿面，因此通过旋转脱模方法实现顺利脱模。同时在气缸31的作用下，既实现了合模时对预制坯33的定位锁紧，也实现了分模时终锻件81不随齿模22运动，而继续留在第一下模23和第二下模24中。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种螺旋锥齿轮精锻装置，其特征在于，包括模架、凸模、齿模、下模、弹性件、齿条、直齿圆柱齿轮、主动直齿锥齿轮和从动直齿锥齿轮，其中，模架为连接各部件的主体，下模在齿模下面，凸模在齿模上部，三者闭合时形成密闭腔，从动直齿锥齿轮与齿模之间有止退机构，使从动直齿锥齿轮只能带动齿模单向旋转，主动直齿锥齿轮与从动直齿锥齿轮啮合，与直齿圆柱齿轮同轴固定连接，直齿圆柱齿轮与齿条啮合，弹性件在齿条上方，给齿条向下的力；所述螺旋锥齿轮精锻装置还包括定位夹紧装置，固定和夹紧预制坯，所述的定位夹紧装置为气缸；所述螺旋锥齿轮精锻装置还包括压紧装置，驱动齿模与下模合模，所述的压紧装置为气缸；所述的螺旋锥齿轮精锻装置还包括锻件顶杆，顶出成形后的锻件。