CN105710151A - 复合齿轮挤压模具 - Google Patents

Abstract

复合齿轮挤压模具有一个锥度体凹模，凹模内部有一个“L”形的变形通道；变形通道内部匹配设置有复合芯轴；复合芯轴外部按顺序设有入口通道、挤压减径模口、转角通道、支撑环和出口通道；支撑环套装在复合芯轴上；复合芯轴内部设置有加热环，加热环经过入口通道、挤压减径模口和转角通道，并延伸至出口通道中部；加热环顶端通过接头与复合冲头内部设置的控制线连接；复合芯轴顶部安装有下电磁吸环，下电磁吸环与安装在复合冲头内部顶端的上电磁吸盘配合使用；该复合齿轮挤压模具实现了“两种材料，一次放料，连续挤压，多次变形，近净成形”的目的，大幅提高了齿轮成形的效率和材料的利用率，具有复合、简单、高效、易控的优点。

Description

复合齿轮挤压模具

技术领域

本发明涉及金属塑性加工的挤压技术领域，尤其是一种金属与塑料一体成型的复合齿轮挤压模具。

背景技术

齿轮是一种典型的传动零件，传统的齿轮生产方法主要包括切削加工和塑性成形加工两大类，但现有的工业生产仍然以切削加工为主。这种去除多余金属材料的“减材”齿轮加工方法存在很多缺点，如加工工序复杂、设备占用多、材料利用率低；且由于金属纤维在切削加工过程中被切断，使得所生产齿轮的可靠性及耐用性大打折扣，严重影响了产品的质量性能。

近年来，精密塑性成形因其具有加工效率高、材料利用率高、产品性能好等优点已成为国内外研究的重点。精密塑性成形的零件，其金属流线沿零件轮廓连续分布，材料组织结构与产品综合性能更好。目前，齿轮精密塑性成形方法主要有精锻、挤压、精冲、轧制、摆碾等。其中，以精锻齿轮和挤压齿轮较为常见。

为获得表面质好、尺寸精度髙的产品，齿轮一般采用冷挤压成形齿轮冷挤压可以分为正挤压和减径挤压两种。正挤齿是对圆柱坯料直接进行挤压形成齿轮外形，以取代滚齿和插齿。减径挤压，也叫冷挤压精整，是对粗加工的齿坯（即经过滚、插半成品齿轮）于热处理前进行的挤压，以取代现行的剃齿。

虽然齿轮冷挤压优点明显，但目前常规的冷挤压工艺，材料变形抗力大、晶粒细化能力弱，成形的齿轮整体性能不高。而细化晶粒是提高金属材料综合性能最有效的途径之一。近年来，大塑性变形法因其具有强烈的晶粒细化能力和对金属结构材料强韧化的巨大改性作用而受到了材料科学界的高度重视和深入研究。等通道转角挤压是大塑性变形法中最具代表性且发展最为迅速的一种先进技术，其原理是将变形坯料压入一个特别设计的模具中以实现大塑性变形的剪切变形工艺。通过模具通道转角处近乎纯剪切的作用，使晶粒得到显著细化，从而有效改善材料的机械和物理性能。

然而，与大塑性变形理论迅速发展不相匹配的是，目前该技术的工业化应用极其有限，至今尚未看到采用等通道转角挤压工艺进行齿轮成形及性能提升的相关报道。如何将等通道转角挤压工艺大规模地应用于实际工业生产，直接成形出工业零部件，一直是困扰该工艺发展的一大现实问题。同时，将传统金属材料与塑料制品相结合，也是实现机械产品轻量化设计的一个重要环节。

因此，确有必要对传统等通道转角挤压模具结构进行改进，以克服上述加工过程中的缺点，最终实现复合齿轮的一次成形，进而扩大等通道转角挤压法的应用范围和适用对象，将其直接用于实际工业生产过程。

发明内容

为了克服常规冷挤压工艺材料晶粒细化能力不强、成形齿轮性能不高等不足，本发明提供一种复合齿轮挤压模具；该复合齿轮挤压模具实现了“两种材料，一次放料，连续挤压，多次变形，近净成形”的目的，有效克服了传统等通道转角挤压工艺难以实现工业化应用的瓶颈，大幅提高了齿轮成形的效率和材料的利用率，具有复合、简单、高效、易控的优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：复合齿轮挤压模具，包括：压力机下工作台、下模板、加热套、模套、螺栓、支撑环、加热环、复合芯轴、定位销、下电磁吸环、接头、控制线、上电磁吸盘、复合冲头、上模固定板、上模板、入口通道、挤压减径模口、转角通道、凹模、出口通道、切割机，注塑减径模口，注塑机，万向轮，冷却挡板，注塑头；复合齿轮挤压模具有一个锥度体凹模，凹模内部有一个“L”形的变形通道；变形通道的内部匹配设置有复合芯轴；复合芯轴外部顺序设有入口通道、挤压减径模口、转角通道、支撑环和出口通道；支撑环套装在复合芯轴上；入口通道截面为光滑圆形，通过挤压减径模口后，通道截面为齿轮齿形，转角通道处转角为90°。

复合芯轴内部设置有加热环，加热环经过入口通道、挤压减径模口和转角通道，并延伸至出口通道中部，加热环顶端通过接头与复合冲头内部设置的控制线连接，控制线接通电源后，加热环通过接触式传导的热传递方式，能够根据材料特性及工艺温度要求为主要的几个变形区域从内部进行有效、快速的加热及保温；复合芯轴顶部安装有下电磁吸环，与安装在复合冲头内部顶端的上电磁吸盘配合使用，可以在工作时为复合芯轴提供向上拉力，保证挤压顺利进行。

凹模嵌入带有吻合锥度的模套中，模套的外围包围装有加热套，在凹模上方匹配设有复合冲头，复合冲头顶部镶嵌在上模固定板中，上模固定板的顶部与上模板相连接，凹模通过底板螺栓固定在下模板上，下模板通过螺栓固定在压力机下工作台上。

在图中，凹模为竖直分模，为左右组合式结构，内部设置有复合芯轴，安装时，首先将支撑环套入复合芯轴中；其次，将支撑环连同复合芯轴置于凹模变形通道内，并调整好复合芯轴的位置；然后将凹模左右两部分由定位销进行组合定位，并通过凹模螺栓连接紧固，相接处型腔与复合芯轴共同构成整副模具的变形通道，变形通道的上部入口设有入口通道，入口通道下方设置有挤压减径模口，入口通道截面为光滑圆形，通过挤压减径模口后，通道截面为齿轮齿形，转角通道处转角为90°。

在图中，凹模的外部套装有模套，模套在挤压过程中起承压和限位作用，同时防止挤压材料或模具破损飞出伤人；模套套住凹模成为一体后，通过底板螺栓固定在下模板上。

在图中，模套的外壁上套装有加热套，两者紧密接触，在接通电源后，通过接触式传导的热传递方式，能够根据材料特性及工艺温度要求辅助加热环从模具外围为整副模具进行有效、快速的加热及保温。

在图中，复合冲头嵌在上模固定板中，上模固定板通过上模板与压力机连接，并且复合冲头的长度大于入口通道的长度，这样更方便压力机挤压变形坯料。

在图中，复合芯轴尾部连接有注塑减径模口，注塑减径模口能够与注塑机前端安装的注塑头和冷却挡板相互替换连接；注塑机底部安装有万向轮；通过万向轮的移动，能够使冷却挡板和注塑头与注塑减径模口移动配对使用。

在图中，注塑减径模口与复合芯轴的连接处放置有切割机，切割机对完成挤压及芯部注塑后的齿轮进行切割。

使用时，将管形坯料放入入口通道中，将复合冲头内部控制线与接头连接，接通电源，根据实际需要设置所需加热环的加热温度，根据实际需要设置加热套的加热温度，同时根据需要设定下电磁吸环与上电磁吸盘的吸引力，待加热温度达到要求时，向下挤压，将坯料压入挤压减径模口，复合冲头向下挤压到位后抬起，同时，注意观察支撑环从出口通道退出的位置，及时从出口通道取走支撑环，并通过万向轮调整注塑机位置，使注塑头正对注塑减径模口，同时锁紧万向轮，并开启注塑机进行注塑准备；在入口通道放入下一个坯料，如此继续挤压，待坯料到达注塑头位置时，停止挤压；启动注塑机，通过注塑头对注塑减径模口间隙进行注塑，注塑完毕后及时解锁万向轮，并将注塑头平移切换为冷却挡板，开启冷却功能，同时锁紧万向轮；待温度达到脱模温度时，解锁万向轮，并移走注塑机；此时，开启切割机，在所需位置切断完成挤压及芯部注塑的复合齿轮；开启压力机继续挤压，及时停止挤压并取走工件；如此继续挤压直至结束；当挤压完成后，抬起复合芯轴，切断电源，将控制线与接头分离，取下加热套，松开底板螺栓取走下模板，顶出凹模，即能够松开凹模上的凹模螺栓，同时敲出定位销，分离凹模，方便整体取出变形通道中的变形坯料及复合芯轴，并对凹模内腔进行及时清理和定期维护。整体式的变形坯料及复合芯轴可以为下一次挤压使用，后续挤压将不再使用支撑环。

本发明的有益效果：

1、本发明在变形通道内设置有一个复合芯轴。一方面，可以通过复合芯轴挤压制备空心零件。另一方面，芯轴内部设置有加热环，可以近距离地对变形坯料内部进行加热，具有高效、易控的优点。

2、本发明模具内部设置有入口通道、挤压减径模口、转角通道和出口通道。挤压减径模口可以使得坯料顺利由空心管通过挤压成形逐渐过渡到带有齿形的空心齿轮。一次挤压过程中，坯料在模具型腔内变形连续，依次发生齿形挤压成形和等通道转角挤压两种变形，实现了“一次放料，连续挤压，多次变形，成形”的目的，从而克服了等通道转角挤压难以实现工业化应用的瓶颈，有效提高了变形挤压的效率和齿轮成形过程中的材料利用率。

3、本发明在模具水平通道尾部、复合芯轴末端设置有注塑减径模口，配合注塑机的使用，可以直接在齿轮芯部注塑材料，同时利用挤压功能可以实现复合齿轮的快速脱模，达到了一次挤压，多种功能、简单高效的设计效果。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是复合齿轮挤压模具剖面结构原理示意图。

图2是注塑机结构原理示意图。

图中1.压力机下工作台，2.下模板，3.加热套，4.模套，5.螺栓，6.支撑环，7.加热环，8.复合芯轴，9.定位销，10.下电磁吸环，11.接头，12.控制线，13.上电磁吸盘，14.复合冲头，15.上模固定板，16.上模板，17.入口通道，18.挤压减径模口，19.转角通道，20.凹模，21.出口通道，22.切割机，23.注塑减径模口，24.注塑机，25.万向轮，26.冷却挡板，27.注塑头。

具体实施方式

在图中，复合齿轮挤压模具，包括：压力机下工作台1、下模板2、加热套3、模套4、螺栓5、支撑环6、加热环7、复合芯轴8、定位销9、下电磁吸环10、接头11、控制线12、上电磁吸盘13、复合冲头14、上模固定板15、上模板16、入口通道17、挤压减径模口18、转角通道19、凹模20、出口通道21、切割机22，注塑减径模口23，注塑机24，万向轮25，冷却挡板26，注塑头27；复合齿轮挤压模具有一个锥度体凹模20，凹模20内部有一个“L”形的变形通道；变形通道的内部匹配设置有复合芯轴8；复合芯轴8外部顺序设有入口通道17、挤压减径模口18、转角通道19、支撑环6和出口通道21；支撑环6套装在复合芯轴8上；入口通道17截面为光滑圆形，通过挤压减径模口18后，通道截面为齿轮齿形，转角通道19处转角为90。

复合芯轴8内部设置有加热环7，加热环7经过入口通道17、挤压减径模口18和转角通道19，并延伸至出口通道21中部，加热环7顶端通过接头11与复合冲头14内部设置的控制线12连接，控制线12接通电源后，加热环7通过接触式传导的热传递方式，能够根据材料特性及工艺温度要求为主要的几个变形区域从内部进行有效、快速的加热及保温；复合芯轴8顶部安装有下电磁吸环10，与安装在复合冲头14内部顶端的上电磁吸盘13配合使用，可以在工作时为复合芯轴8提供向上拉力，保证挤压顺利进行。

凹模20嵌入带有吻合锥度的模套4中，模套4的外围包围装有加热套3，在凹模20上方匹配设有复合冲头14，复合冲头14顶部镶嵌在上模固定板15中，上模固定板15的顶部与上模板16相连接，凹模20通过底板螺栓固定在下模板2上，下模板2通过螺栓固定在压力机下工作台1上。

在图中，凹模20为竖直分模，为左右组合式结构，内部设置有复合芯轴8，安装时，首先将支撑环6套入复合芯轴8中；其次，将支撑环6连同复合芯轴8置于凹模20变形通道内，并调整好复合芯轴8的位置；然后将凹模20左右两部分由定位销9进行组合定位，并通过凹模螺栓5连接紧固，相接处型腔与复合芯轴8共同构成整副模具的变形通道，变形通道的上部入口设有入口通道17，入口通道17下方设置有挤压减径模口18，入口通道17截面为光滑圆形，通过挤压减径模口18后，通道截面为齿轮齿形，转角通道19处转角为90°。

在图中，凹模20的外部套装有模套4，模套4在挤压过程中起承压和限位作用，同时防止挤压材料或模具破损飞出伤人；模套4套住凹模20成为一体后，通过底板螺栓固定在下模板2上。

在图中，模套4的外壁上套装有加热套3，两者紧密接触，在接通电源后，通过接触式传导的热传递方式，能够根据材料特性及工艺温度要求辅助加热环7从模具外围为整副模具进行有效、快速的加热及保温。

在图中，复合冲头14嵌在上模固定板15中，上模固定板15通过上模板16与压力机连接，并且复合冲头14的长度大于入口通道17的长度，这样更方便压力机挤压变形坯料。

在图中，复合芯轴8尾部连接有注塑减径模口23，注塑减径模口23能够与注塑机24前端安装的注塑头27和冷却挡板26相互替换连接；注塑机24底部安装有万向轮25；通过万向轮25的移动，能够使冷却挡板26和注塑头27与注塑减径模口22移动配对使用。

在图中，注塑减径模口23与复合芯轴8的连接处放置有切割机22，切割机22对完成挤压及芯部注塑后的齿轮进行切割。

使用时，将管形坯料放入入口通道17中，将复合冲头14内部控制线12与接头11连接，接通电源，根据实际需要设置所需加热环7的加热温度，根据实际需要设置加热套3的加热温度，同时根据需要设定下电磁吸环10与上电磁吸盘13的吸引力，待加热温度达到要求时，向下挤压，将坯料压入挤压减径模口18，复合冲头14向下挤压到位后抬起，同时，注意观察支撑环6从出口通道21退出的位置，及时从出口通道21取走支撑环6，并通过万向轮25调整注塑机24位置，使注塑头27正对注塑减径模口22，同时锁紧万向轮25，并开启注塑机24进行注塑准备；在入口通道17放入下一个坯料，如此继续挤压，待坯料到达注塑头27位置时，停止挤压；启动注塑机24，通过注塑头27对注塑减径模口22间隙进行注塑，注塑完毕后及时解锁万向轮25，并将注塑头27平移切换为冷却挡板26，开启冷却功能，同时锁紧万向轮25；待温度达到脱模温度时，解锁万向轮25，并移走注塑机24；此时，开启切割机22，在所需位置切断完成挤压及芯部注塑的复合齿轮；开启压力机继续挤压，及时停止挤压并取走工件；如此继续挤压直至结束；当挤压完成后，抬起复合芯轴8，切断电源，将控制线12与接头11分离，取下加热套3，松开底板螺栓取走下模板2，顶出凹模20，即能够松开凹模20上的凹模螺栓5，同时敲出定位销14，分离凹模20，方便整体取出变形通道中的变形坯料及复合芯轴8，并对凹模8内腔进行及时清理和定期维护。整体式的变形坯料及复合芯轴8可以为下一次挤压使用，后续挤压将不再使用支撑环6。

Claims (7)

1.复合齿轮挤压模具，包括：压力机下工作台（1）、下模板（2）、加热套（3）、模套（4）、螺栓（5）、支撑环（6）、加热环（7）、复合芯轴（8）、定位销（9）、下电磁吸环（10）、接头（11）、控制线（12）、上电磁吸盘（13）、复合冲头（14）、上模固定板（15）、上模板（16）、入口通道（17）、挤压减径模口（18）、转角通道（19）、凹模（20）、出口通道（21）、切割机（22），注塑减径模口（23），注塑机（24），万向轮（25），冷却挡板（26），注塑头（27）；其特征是：复合齿轮挤压模具有一个锥度体凹模（20），凹模（20）内部有一个“L”形的变形通道；变形通道的内部匹配设置有复合芯轴（8）；复合芯轴（8）外部顺序设有入口通道（17）、挤压减径模口（18）、转角通道（19）、支撑环（6）和出口通道（21）；支撑环（6）套装在复合芯轴（8）上；复合芯轴（8）内部设置有加热环（7），加热环（7）经过入口通道（17）、挤压减径模口（18）和转角通道（19），并延伸至出口通道（21）中部；加热环（7）顶端通过接头（11）与复合冲头（14）内部设置的控制线（12）连接；复合芯轴（8）顶部安装有下电磁吸环（10），下电磁吸环（10）与安装在复合冲头（14）内部顶端的上电磁吸盘（13）配合使用。

2.根据权利要求1所述的复合齿轮挤压模具，其特征是：凹模（20）嵌入带有吻合锥度的模套（4）中，模套（4）的外围包围装有加热套（3），在凹模（20）上方匹配设有复合冲头（14），复合冲头（14）顶部镶嵌在上模固定板（15）中，上模固定板（15）的顶部与上模板（16）相连接，凹模（20）通过底板螺栓固定在下模板（2）上，下模板（2）通过螺栓固定在压力机下工作台（1）上。

3.根据权利要求1所述的复合齿轮挤压模具，其特征是：凹模（20）为竖直分模，为左右组合式结构，凹模（20）左右两部分由定位销（9）进行组合定位，并通过凹模螺栓（5）连接紧固，相接处型腔与复合芯轴（8）共同构成整副模具的变形通道。

4.根据权利要求1所述的复合齿轮挤压模具，其特征是：入口通道（17）截面为光滑圆形，通过挤压减径模口（18）后，通道截面为齿轮齿形。

5.根据权利要求1所述的复合齿轮挤压模具，其特征是：转角通道（19）处转角为90°。

6.根据权利要求1所述的复合齿轮挤压模具，其特征是：复合芯轴（8）尾部连接有注塑减径模口（23），注塑减径模口（23）能够与注塑机（24）前端安装的注塑头（27）和冷却挡板（26）相互替换连接；注塑机（24）底部安装有万向轮（25）。

7.根据权利要求1所述的复合齿轮挤压模具，其特征是：注塑减径模口（23）与复合芯轴（8）的连接处放置有切割机（22）。