CN108311635B - 一模多件齿条冷摆动辗压成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及构造一种一模多件齿条冷摆动辗压成形方法，包括以下步骤：S1、制作坯料，所述坯料为带凹槽的棒料；S2、将多个坯料置于下模对应的型腔中，坯料的上方设置摆头；坯料轴线与摆头摆动辗压中心线平行，且多个坯料对称分布于摆头摆动辗压中心两侧；S3、下模带动坯料作竖直直线进给运动向摆头靠近，摆头绕其固定摆动辗压中心线作往复圆弧运动，在摆头和下模共同作用下，齿条齿形部分由摆头连续局部成形，最终多个齿条由一套模具同时冷摆动辗压成形，获得齿条锻件。通过冷摆动辗压塑性成形齿条，节能节材，生产成本低，同时获得了细密的内部组织和连续的金属流线，使齿条的服役性能和使用寿命大幅度提高。

Description

一模多件齿条冷摆动辗压成形方法
技术领域
本发明涉及齿条制造领域，更具体地说，涉及一种一模多件齿条冷摆动辗压成形方法。
背景技术
齿轮齿条传动是机械传动中的一种重要传动方式，该方式将圆周运动和直线运动进行转换，具有承载力大、工作平稳、可靠性高等特点，在同步机构、转向器、导轨等装备中有着广泛应用。目前，齿条的加工方法主要是切削加工。切削加工生产效率低、材料利用率低、生产成本高，而且不能细化内部组织，难以制造高性能齿条。
冷摆动辗压是一种连续局部塑性成形新工艺，生产效率高、材料利用率高、生产成本低，而且能够细化内部组织，是高性能齿条先进制造技术的发展方向。目前，还没有关于一模多件齿条冷摆动辗压成形方法的报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一模多件齿条冷摆动辗压成形方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种一模多件齿条冷摆动辗压成形方法，包括以下步骤：
S1、制作坯料，所述坯料为带凹槽的棒料；
S2、将多个坯料置于下模对应的型腔中，坯料的上方设置摆头；坯料轴线与摆头摆动辗压中心线平行，且多个坯料对称分布于摆头摆动辗压中心两侧；
S3、下模带动坯料作竖直直线进给运动向摆头靠近，摆头绕其固定摆动辗压中心线作往复圆弧运动，在摆头和下模共同作用下，齿条齿形部分由摆头连续局部成形，最终多个齿条由一套模具同时冷摆动辗压成形，获得齿条锻件。
上述方案中，所述步骤S1之前还包括步骤S0、进行齿条锻件设计，其具体为：在齿条零件齿形部分对应位置设置水平横向飞边，飞边下表面位于齿条中心水平面上，飞边上表面位于齿条齿形一侧，飞边长度等于齿条零件齿形部分对应长度，齿条齿形远离摆头摆动辗压中心线的一侧飞边宽度应设计成大于另一侧飞边宽度。
上述方案中，所述摆头的设计方法如下：将多个齿条锻件放入下模对应的型腔中，提取摆头摆动辗压中心线两侧齿条锻件和下模表面，将提取的两侧齿条锻件和下模表面分别绕摆头摆动辗压中心线向上旋转γ角，γ角为摆头锥角，即获得摆头两侧工作型面，给定摆头厚度并将摆头两侧工作型面实体化，同时将摆头两侧之间的空隙用扇形体充填，即获得齿条冷摆动辗压摆头。
上述方案中，所述摆头运动轨迹为：
其中d1和d2分别是冷摆动辗压机内外偏心套偏心距，ω是偏心套转速，S是摆头轴线上任意一点到摆动辗压中心线的距离，t是时间变量。
上述方案中，摆头摆动辗压中心线与齿条锻件齿根之间的垂直距离H以及摆头摆动辗压中心线与最靠近摆头摆动辗压中心线的齿条锻件轴线之间的水平距离L应满足以下关系：
其中r为齿条锻件半径，h1为齿条锻件轴线到齿根面的距离，h2为飞边厚度。
上述方案中，摆头摆动辗压中心线与齿条锻件齿根之间的垂直距离H以及摆头摆动辗压中心线与最靠近摆头摆动辗压中心线的齿条锻件轴线之间的水平距离L还应满足以下关系：
其中α齿条锻件的压力角，β为齿条锻件的螺旋角。
上述方案中，所述下模内设有顶料杆，料杆型面与齿条锻件齿形背面完全匹配，顶料杆宽度应大于齿条锻件直径的三分之一，顶料杆长度大于齿条锻件长度的三分之二。
实施本发明的一模多件齿条冷摆动辗压成形方法，具有以下有益效果：
1、通过冷摆动辗压塑性成形齿条，节能节材，生产成本低，同时获得了细密的内部组织和连续的金属流线，使齿条的服役性能和使用寿命大幅度提高。
2、利用一套模具同时冷摆动辗压成形多件齿条，生产效率大幅度提高。
3、由于冷摆动辗压成形过程中摆头与齿条锻件不发生干涉，摆头不需进行修正，从而极大地简化了齿条冷摆动辗压工艺设计过程。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是齿条锻件的三维模型图；
图2是坯料的三维模型图；
图3是一模二件齿条冷摆动辗压成形原理图；
图4是摆头的三维模型图；
图5是摆头与齿条锻件不发生干涉计算原理图；
图6是H的取值范围图；
图7是L的取值范围图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
需要加工制作的齿条的零件尺寸信息如下：齿条模数2mm，齿数20，压力角20°，螺旋角14°，齿顶高1.7mm，齿根高2.1mm，直径25mm，齿条总长210mm，齿形部分长度186.6mm。其采用本发明一模多件齿条冷摆动辗压成形方法制作，具体步骤如下：
(1)齿条锻件设计。在齿条零件齿形部分对应位置设置水平横向飞边，飞边下表面位于齿条中心水平面上，飞边上表面位于齿条齿形一侧，飞边厚度设计为2.0mm，飞边长度等于齿条零件齿形部分对应长度186.6mm。由于齿条齿形两侧变形不均匀，远离摆头1摆动辗压中心线的一侧变形较大，所以齿条齿形远离摆头1摆动辗压中心线的一侧飞边宽度应设计成大于另一侧飞边宽度，且较小的飞边宽度为6mm，较大的飞边宽度为8mm。齿条锻件的三维模型图如图1所示。
(2)坯料3设计。坯料3设计为带凹槽的棒料，其直径等于齿条锻件直径25mm，其长度小于齿条锻件长度0.1mm，确保坯料3能够顺利放入模具型腔。棒料凹槽长度等于齿条锻件齿形部分长度186.6mm，棒料凹槽深度根据坯料3体积与齿条锻件体积相等确定为4.4mm。坯料3的三维模型图如图2所示。
(3)两个坯料3放入下模2对应的型腔中，坯料3轴线与摆头1摆动辗压中心线平行，且两个坯料3对称分布于摆头1摆动辗压中心两侧。下模2带动坯料3作竖直直线进给运动向摆头1靠近，摆头1绕其固定摆动辗压中心线作往复圆弧运动，在摆头1和下模2共同作用下，齿条齿形部分由摆头1连续局部成形，最终两个齿条由一套模具同时冷摆动辗压成形。一模二件齿条冷摆动辗压成形原理图如图3所示。
(4)摆头1运动轨迹为
其中d1和d2分别是冷摆动辗压机内外偏心套偏心距，ω是偏心套转速，S是摆头1轴线上任意一点到摆动辗压中心线的距离，t是时间变量。
(5)摆头1设计。将两个齿条锻件放入下模2对应的型腔中，提取摆头1摆动辗压中心线两侧齿条锻件和下模2表面，将提取的两侧齿条锻件和下模2表面分别绕摆头1摆动辗压中心线向上旋转γ＝1.5°(γ角为摆头1锥角)，即获得摆头1两侧工作型面。给定摆头1厚度并将摆头1两侧工作型面实体化，同时将摆头1两侧之间的空隙用扇形体充填，即获得齿条冷摆动辗压摆头1。摆头1的三维模型图如图4所示。
(6)为保证冷摆动辗压摆头1能够构建，摆头1摆动辗压中心线与齿条锻件齿根之间的垂直距离H以及摆头1摆动辗压中心线与最靠近摆头1摆动辗压中心线的齿条锻件轴线之间的水平距离L应满足以下关系。
其中r为齿条锻件半径，h1为齿条锻件轴线到齿根面的距离，h2为飞边厚度。
(7)为保证冷摆动辗压成形过程中摆头1与齿条锻件不发生干涉进而保证齿条冷摆动辗压成形精度，H与L应满足以下关系。摆头1与齿条锻件不发生干涉计算原理图如图5所示，H和L的取值范围图分别如图6和图7所示。
其中α齿条锻件的压力角，β为齿条锻件的螺旋角。
(8)顶料杆设计。为保证冷摆动辗压齿条锻件顺利脱模，每个齿条锻件设置一个顶料杆。为减小齿条锻件顶出变形从而保证齿条锻件精度，顶料杆型面应与齿条锻件齿形背面完全匹配，顶料杆宽度应大于齿条锻件直径的三分之一，取10mm。顶料杆长度应大于齿条锻件长度的三分之二，取160mm。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种一模多件齿条冷摆动辗压成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制作坯料，所述坯料为带凹槽的棒料；
S2、将多个坯料置于下模对应的型腔中，坯料的上方设置摆头；坯料轴线与摆头摆动辗压中心线平行，且多个坯料对称分布于摆头摆动辗压中心两侧；
S3、下模带动坯料作竖直直线进给运动向摆头靠近，摆头绕其固定摆动辗压中心线作往复圆弧运动，在摆头和下模共同作用下，齿条齿形部分由摆头连续局部成形，最终多个齿条由一套模具同时冷摆动辗压成形，获得齿条锻件；
所述摆头运动轨迹为：
其中d1是冷摆动辗压机内偏心套偏心距，d2是冷摆动辗压机外偏心套偏心距，ω是偏心套转速，S是摆头轴线上任意一点到摆动辗压中心线的距离，t是时间变量；
摆头摆动辗压中心线与齿条锻件齿根之间的垂直距离H以及摆头摆动辗压中心线与最靠近摆头摆动辗压中心线的齿条锻件轴线之间的水平距离L应满足以下关系：
其中r为齿条锻件半径，h1为齿条锻件轴线到齿根面的距离，h2为飞边厚度。
2.根据权利要求1所述的一模多件齿条冷摆动辗压成形方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括步骤S0、进行齿条锻件设计，其具体为：在齿条零件齿形部分对应位置设置水平横向飞边，飞边下表面位于齿条中心水平面上，飞边上表面位于齿条齿形一侧，飞边长度等于齿条零件齿形部分对应长度，齿条齿形远离摆头摆动辗压中心线的一侧飞边宽度应设计成大于另一侧飞边宽度。
3.根据权利要求2所述的一模多件齿条冷摆动辗压成形方法，其特征在于，所述摆头的设计方法如下：将多个齿条锻件放入下模对应的型腔中，提取摆头摆动辗压中心线两侧齿条锻件和下模表面，将提取的两侧齿条锻件和下模表面分别绕摆头摆动辗压中心线向上旋转γ角，γ角为摆头锥角，即获得摆头两侧工作型面，给定摆头厚度并将摆头两侧工作型面实体化，同时将摆头两侧之间的空隙用扇形体充填，即获得齿条冷摆动辗压摆头。
4.根据权利要求1所述的一模多件齿条冷摆动辗压成形方法，其特征在于，所述下模内设有顶料杆，顶料杆型面与齿条锻件齿形背面完全匹配，顶料杆宽度应大于齿条锻件直径的三分之一，顶料杆长度大于齿条锻件长度的三分之二。
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