CN104001806B - 一种斜齿圆柱齿轮的板料成形模具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种斜齿圆柱齿轮的板料成形模具及方法。该方法包括两大步骤：1)板料冷精密成形步骤：将待加工金属板料放入第一凹模和第一凸模之间；将V形环压边圈压入所述待加工金属板料；将第一凸模压入待加工金属板料，保持第一凸模和反顶板的旋转速率和方向相同，直至第一凸模与第一凹模相距一定距离，从而实现了板料冷精密成形过程；2)旋转冲裁步骤：将已经经过板料冷精密成形步骤的金属板料中的剩余连皮冲裁掉，从而得到斜齿圆柱齿轮。本发明实现了斜齿圆柱齿轮的板料冷精密成形，减小了塌角，提高了高亮带，提高了零件质量，降低了生产成本。

Description

一种斜齿圆柱齿轮的板料成形模具及方法

技术领域

本发明属于斜齿圆柱齿轮加工领域，具体涉及一种斜齿圆柱齿轮的板料成形模具及方法。

背景技术

斜齿圆柱齿轮作为一种重要的传动装置广泛应用于机械传动等领域。同直齿圆柱齿轮相比，斜齿圆柱齿轮具备更好的传动性，且其紧凑的中心距可适用于高速重载，并且具备啮合平稳、冲击小以及噪音小的特点。目前，其最常见的加工方法为切削加工，其次是精密锻造的方法。切削加工的方法存在材料利用率低、生产效率低、齿轮寿命短等缺点；精密锻造成形方法则存在角隅充填困难，模具设计与制造精度要求严格等问题。强力压边精冲作为一种优质、高效、低耗的精密成形技术，由于模具直线型运动方式，目前无法应用于具有一定螺旋角的斜齿圆柱齿轮的成形，这限制了精冲技术的应用范围。因此，如何开发一种适合成形圆柱齿轮的方法成为本领域技术人员的研究热点。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的不足提供一种斜齿圆柱齿轮的板料成形模具及方法，实现斜齿圆柱齿轮的板料冷精密成形，提高零件质量和生产效率，降低生产成本。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

斜齿圆柱齿轮的板料成形模具，其特征在于，所述斜齿圆柱齿轮成形模具包括板料冷精密成形模具组件，所述板料冷精密成形模具组件包括第一凸模、第一凹模、V形环压边圈及反顶板；所述第一凸模为光滑圆柱，所述第一凹模的内壁与反顶板的外壁均设有螺旋齿；所述第一凸模的直径与第一凹模齿顶圆直径相同；所述V形环压边圈的内壁与第一凸模的外壁相匹配。

上述方案中，所述斜齿圆柱齿轮成形模具还包括旋转冲裁模具组件，所述旋转冲裁模具组件包括第二凸模和第二凹模，所述第二凸模的外壁设有螺旋齿，所述第二凹模与所述第一凹模相同。

使用所述的斜齿圆柱齿轮的板料成形模具加工斜齿圆柱齿轮的成形方法，其特征在于，它包括以下两个主要步骤：

板料冷精密成形步骤：

1)将待加工金属板料放入第一凹模和第一凸模之间；

2)将V形环压边圈压入所述待加工金属板料，使变形区形成三向压力状态；

3)将第一凸模压入待加工金属板料中，使反顶板提供反压力的同时做旋转运动，直至第一凸模下压至与第一凹模相距0.1mm-0.5mm，从而实现斜齿圆柱齿轮的板料冷精密成形过程；

以及旋转冲裁步骤：将已经经过板料冷精密成形步骤的金属板料中的连皮冲裁掉，从而得到斜齿圆柱齿轮。

上述方案中，所述旋转冲裁步骤具体为：

1)提供第二凸模和第二凹模；

2)将板料冷精密成形步骤中的得到的半成品放入第二凹模和第二凸模之间；

3)调整好第二凸模和第二凹模的相对位置，使第二凸模螺旋齿的投影面与第二凹模的螺旋齿处于相啮合状态；

4)将第二凸模以其中心轴线为旋转轴旋转θ角，θ＝arcsin(2b tanβ/d)，其中b为已成形金属板料的高度，β为斜齿圆柱齿轮螺旋角，d为斜齿圆柱齿轮分度圆直径；

5)将第二凸模同时做轴向进给运动和旋转运动压入待加工金属板料，直至第二凸模旋转至与第二凹模的螺旋齿相啮合，从而实现斜齿圆柱齿轮旋转冲裁成形过程。

上述方案中，所述第二凸模旋转角速度ω＝θv/b，其中ν为第二凸模轴向进给速度。

本发明的有益效果是：该方法将原本应该与第一凹模相匹配的齿轮形第一凸模改成了圆柱形凸模，并且使第一凸模的直径与第一凹模的齿轮齿顶圆直径相同，由于第一凸模的端面大于第一凹模的端面面积，形成了一种新的板料精冲与挤压复合成形的冷精密成形方法。这种方法能够延长成形过程中的三向静水应力状态，在极大程度上改善零件的端面质量，减小了塌角，提高了高亮带，并且能够避免锻造齿轮后期过程中成形力大的问题，提高了斜齿圆柱齿轮的质量，降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的板料冷精密成形模具组件的第一凸模的立体结构示意图。

图2为本发明实施例提供的板料冷精密成形模具组件的第一凹模的立体结构示意图。

图3为本发明实施例提供的板料冷精密成形模具组件的V形环压边圈的立体结构示意图。

图4为本发明实施例提供的板料冷精密成形模具组件的反顶板的立体结构示意图。

图5为本发明实施例提供的板料冷精密成形模具组件的立体结构示意图。

图6为本发明实施例提供的旋转冲裁模具组件的第二凸模的立体结构示意图。

图7为本发明实施例提供的旋转冲裁模具组件的第二凹模的立体结构示意图。

图8为本发明实施例提供的旋转冲裁模具组件的立体结构示意图。

图9为本发明实施例提供的经过板料冷精密成形加工后的金属板料的立体结构示意图。

图10为本发明实施例提供的经过板料冷精密成形加工后的金属板料截面图。

图11为本发明实施例提供的经过板料冷精密加工后的金属板料的有限元模拟结果示意图。

图中：1-第一凸模，2-V形环压边圈，3-待加工金属板料，4-第一凹模，5-反顶板，6-第二凸模，7-已经过板料冷精密成形工艺的金属板料，8-第二凹模。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述，当然下述实施例不应理解为对本发明的限制。

如图1至图8所示，其为本发明实施例提供的斜齿圆柱齿轮的板料成形模具。该斜齿圆柱齿轮的板料成形模具包括板料冷精密模具组件与旋转冲裁模具组件。该板料冷精密模具组件包括第一凸模1、第一凹模4、V形环压边圈2、及反顶板5。旋转冲裁模具组件包括第二凸模6与第二凹模8。第一凸模1为光滑圆柱，V形环压边圈2的内壁与第一凸模1的外壁相匹配。第一凹模4的内壁和反顶板5的外壁均设有螺旋齿。第二凸模6的外壁设有螺旋齿，第二凹模8的内壁设有螺旋齿。第二凹模8与第一凹模4相同。第一凸模1的直径与第一凹模4齿顶圆直径相同。

本发明中，板料冷精密成形过程中仅有第一凹模4固定，其它三个零件成形力均单独可调，并可按预置的程序动作、施压。

使用该斜齿圆柱齿轮的板料成形模具加工斜齿圆柱齿轮的成形方法，其包括以下步骤：

板料冷精密成形步骤：

1)将待加工金属板料放入第一凹模4和第一凸模1之间；

2)将V形环压边圈2压入所述代加工金属板料3，使变形区形成三向压力状态；

3)将第一凸模1压入待加工金属板料3中，使反顶板5提供反压力的同时做旋转运动，保持第一凸模1和反顶板5的旋转速率和方向相同，直至第一凸模1与第一凹模4相距0.5mm，从而实现斜齿圆柱齿轮冷精密成形过程，成形过程完成后的金属板料7的立体图和截面图如图9、10所示；可以理解的是，冷精密成形完成后的第一凸模1与第一凹模4相距的距离值视板料厚度确定；

旋转冲裁步骤：

1)提供第二凸模6和第二凹模8；

2)将冷精密成形过程完成后的金属板料7放入第二凹模8和第二凸模6之间；

3)调整好第二凸模6和第二凹模8的相对位置，使第二凸模6螺旋齿的投影面与第二凹模8的螺旋齿处于相啮合状态；

4)将第二凸模6以其中心轴线为旋转轴旋转θ角，θ＝arcsin(2b tanβ/d)，其中b为已成形金属板料的高度(如图10所示)，β为斜齿圆柱齿轮螺旋角，d为斜齿圆柱齿轮分度圆直径；

5)将第二凸模6同时做轴向进给运动和旋转运动压入待加工金属板料7，直至第二凸模6旋转至与第二凹模8的螺旋齿相啮合，从而实现斜齿圆柱齿轮旋转冲裁成形过程，即将连皮冲裁掉，得到斜齿圆柱齿轮；其中第二凸模6旋转角速度ω＝θv/b，其中ν为第二凸模轴向进给速度。

由图11可以看出，斜齿圆柱齿轮的断面质量得到明显改善，塌角得到减小，高亮带得到提高。

以上所揭示的仅为本发明常见的实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.斜齿圆柱齿轮的板料成形模具，其特征在于，所述斜齿圆柱齿轮的板料成形模具包括板料冷精密成形模具组件，所述板料冷精密成形模具组件包括第一凸模、第一凹模、V形环压边圈及反顶板；所述第一凸模为光滑圆柱，所述第一凹模的内壁与反顶板的外壁均设有螺旋齿；所述第一凸模的直径与第一凹模齿顶圆直径相同；所述V形环压边圈的内壁与第一凸模的外壁相匹配。

2.如权利要求1所述的斜齿圆柱齿轮的板料成形模具，其特征在于，所述斜齿圆柱齿轮的板料成形模具还包括旋转冲裁模具组件，所述旋转冲裁模具组件包括第二凸模和第二凹模，所述第二凸模的外壁设有螺旋齿，所述第二凹模与所述第一凹模相同。

3.使用如权利要求1所述的斜齿圆柱齿轮的板料成形模具加工斜齿圆柱齿轮的成形方法，其特征在于，它包括以下两个主要步骤：

板料冷精密成形步骤：

1)将待加工金属板料放入第一凹模和第一凸模之间；

2)将V形环压边圈压入所述待加工金属板料，使变形区形成三向压力状态；

3)将第一凸模压入待加工金属板料中，使反顶板提供反压力的同时做旋转运动，直至第一凸模下压至与第一凹模相距0.1mm-0.5mm，从而实现斜齿圆柱齿轮的板料冷精密成形过程；

以及旋转冲裁步骤：将已经经过板料冷精密成形步骤的金属板料中的剩余连皮冲裁掉，从而得到斜齿圆柱齿轮。

4.如权利要求3所述的成形方法，其特征在于，所述旋转冲裁步骤具体为：

1)提供如权利要求2所述的第二凸模和第二凹模；

2)将板料冷精密成形步骤中得到的半成品放入第二凹模和第二凸模之间；

3)调整好第二凸模和第二凹模的相对位置，使第二凸模螺旋齿的投影面与第二凹模的螺旋齿处于相啮合状态；

4)将第二凸模以其中心轴线为旋转轴旋转θ角，θ＝arcsin(2btanβ/d)，其中b为已成形金属板料的高度，β为斜齿圆柱齿轮螺旋角，d为斜齿圆柱齿轮分度圆直径；

5)将第二凸模同时做轴向进给运动和旋转运动压入半成品，直至第二凸模旋转至与第二凹模的螺旋齿相啮合，从而实现斜齿圆柱齿轮旋转冲裁成形过程。

5.如权利要求4所述的成形方法，其特征在于，所述第二凸模旋转角速度ω＝θv/b，其中ν为第二凸模轴向进给速度。