CN108500140A - 一种变节距齿条预成形件的成形模具与方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于齿条制造技术领域，公开了一种变节距齿条预成形件的成形模具与方法。该成形模具包括下模具和上模具，下模具包括下模及分别设置于下模两侧的浮升机构，上模具包括上模及分别设置于所述上模两侧的压料机构。上模具和下模具之间用于放置预成形坯料，预成形坯料的两端设置于浮升机构和压料机构之间，预成形坯料的中段设置于下模和上模之间。上模具能够相对于下模具竖直上下移动，预成形坯料经所述上模具和下模具成形为预成形工件。该成形方法包括以下步骤：步骤1)制作预成形坯料；步骤2)压制预成形。通过预成形坯料的两端分别设置于浮升机构和压料机构之间，使得预成形坯料定位可靠，进而提高了预成形工件的直线精度。

Description

一种变节距齿条预成形件的成形模具与方法

技术领域

本发明涉及齿条制造技术领域，尤其涉及一种变节距齿条预成形件的成形模具与方法。

背景技术

汽车转向器又名转向机，转向机齿条是汽车转向系统的关键部件。在汽车转向过程中，方向盘的旋转运动通过齿轮齿条的啮合，转换成齿条的直线运动，齿条通过传动机构带动车轮偏转，进而实现汽车的转向。

传统的汽车转向机齿条，其齿与齿之间是等距的，属于等节距齿条，通常采用切削加工的方法制造。先进的汽车转向机，采用变节距齿条，其齿与齿之间的节距是按照设计的规律变化的。转向机配备变节距齿条，使车辆具有更好的操控特性，已在高端汽车上普及。我国已成为汽车产业第一大国，但变节距齿条仍然依赖进口。

这种变节距齿条，采用传统的切削加工方式，很难进行经济、批量制造。然而采用坯料预成形和摆辗终成形，是实现齿条高效、高精度成形的有效方法。如果预成形坯料及预成形模具设计得不合理，会造成后续成形定位困难，使得齿面不平整、预成形工件直线度差，进而导致容易出现飞边等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变节距齿条预成形件的成形模具与方法，在成形过程中，预成形坯料定位可靠，避免出现飞边的情况，进而提高了预成形工件的直线度精度高及齿面平整度。

为达此目的，本发明提供了一种变节距齿条预成形件的成形模具，包括下模具和上模具；所述下模具包括下模及分别设置于所述下模两侧的浮升机构；所述上模具包括上模及分别设置于所述上模两侧的压料机构；所述上模具和下模具之间用于放置预成形坯料，预成形坯料的两端设置于所述浮升机构和所述压料机构之间，预成形坯料的中段设置于所述下模和所述上模之间；所述上模具能够相对于所述下模具竖直上下移动，预成形坯料经所述上模具和所述下模具成形为预成形工件。

作为优选，所述下模具还包括下模板及设置于所述下模板上的下模垫板，所述下模设置于所述下模垫板上，所述浮升机构贯穿于所述下模垫板且连接于所述下模板。

作为优选，所述浮升机构包括浮升弹簧和浮升块，所述浮升弹簧的一端贯穿于所述下模垫板且连接于所述下模板，另一端连接于所述浮升块。

作为优选，所述上模具还包括上模板及设置于所述上模板上的上模垫板，所述上模设置于所述上模垫板上，所述压料机构贯穿于所述上模垫板且连接于所述上模板。

作为优选，所述压料机构包括压料弹簧和压料块，所述压料弹簧的一端贯穿于所述上模垫板且连接于所述上模板，另一端连接于所述压料块。

作为优选，所述浮升块和所述压料块均设置有半圆形凹槽，所述浮升块与所述压料块合拢用于固定预成形坯料的大径部位。

作为优选，还包括压料平衡柱，所述压料平衡柱抵靠于预成形坯料的端面，且所述压料平衡柱设置于所述浮升块与所述压料块之间。

为达此目的，本发明还提供了一种变节距齿条预成形件的成形方法，采用上述的变节距齿条预成形件的成形模具进行成形加工，包括以下步骤：步骤1)制作预成形坯料，将原始坯料制成中段直径小、两端直径大的哑铃形坯料后，将哑铃形坯料经过热处理及机加工后获得预成形坯料；步骤2)压制预成形，将预成形坯料在变节距齿条预成形件的成形模具中压制，形成预成形工件。

作为优选，步骤1)的热处理及机加工具体包括以下步骤：

步骤A：热处理，对制备完成的哑铃形坯料进行球化退火或正火处理；

步骤B：抛丸处理，清理经热处理的哑铃形坯料的表面氧化层，形成麻坑状表面；

步骤C：预加热，将经抛丸处理的哑铃形坯料预加热至150℃～200℃；

步骤D：涂覆润滑剂，在经预加热处理的哑铃形坯料的麻坑状表面涂覆润滑剂，形成预成形坯料。

本发明的有益效果：

本发明提供的变节距齿条预成形件的成形模具，通过在上模具和下模具之间放置预成形坯料，且预成形坯料的两端分别设置于浮升机构和压料机构之间，使得预成形坯料定位可靠，避免出现飞边的情况，进而提高了预成形工件的直线精度及齿面平整度。同时，通过预成形坯料的中段均与下模和上模正对设置，上模具能够相对于所述下模具竖直上下移动，使得预成形坯料经上模具和下模具成形为预成形工件，结构简单，操作方便，适合大规模生产，进而提高了坯料的利用率，降低了生产成本。

本发明提供的变节距齿条预成形件的成形方法，先制作中段直径小、两端直径大的哑铃形坯料，然后将哑铃形坯料在变节距齿条预成形件的成形模具中压制，最终形成预成形工件，该成形方法简单、可靠，能够高效地实现变节距齿条的成形，适合大规模生产，进而降低了生产成本。

附图说明

图1是本发明预成形坯料的结构示意图；

图2是图1在A-A处的截面示意图；

图3是图1在B-B处的截面示意图；

图4是本发明变节距齿条预成形件的成形模具未放置预成形坯料的状态示意图；

图5是图4在上模和下模处的截面示意图；

图6是本发明变节距齿条预成形件的成形模具放置预成形坯料在压制之前的状态示意图；

图7是图6在上模和下模处的截面示意图；

图8是本发明变节距齿条预成形件的成形模具放置预成形坯料在压制过程中的状态示意图；

图9是图8在上模和下模处的截面示意图；

图10是本发明变节距齿条预成形件的成形模具放置预成形坯料在压制完成的状态示意图；

图11是图10在上模和下模处的截面示意图；

图12是本发明预成形工件的结构示意图；

图13是图12在C-C处的截面示意图；

图14是图12在D-D处的截面示意图。

图中：

1、下模具；11、下模；12、浮升机构；13、下模板；14、下模垫板；15、下模固定板；121、浮升弹簧；122、浮升块；

2、上模具；21、上模；22、压料机构；23、上模板；24、上模垫板；25、上模固定板；221、压料弹簧；222、压料块；

3、压料平衡柱；

80、预成形坯料；801、预成形坯料的大径区；802、预成形坯料的小径区；803、预成形坯料的锥面区；

90、预成形工件；901、预成形工件的大径区；902、预成形工件的小径区；903、预成形工件的锥面区；904、凸起；905、倾斜面；906、定位背槽。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本实施例提供了一种变节距齿条预成形件的成形模具，如图1-14所示，该成形模具包括下模具1和上模具2，其中下模具1包括下模11及分别设置于下模11两侧的浮升机构12，上模具2包括上模21及分别设置于所述上模21两侧的压料机构22。同时，上模具2和下模具1之间用于放置预成形坯料80，预成形坯料80的两端分别设置于浮升机构12和压料机构22之间，预成形坯料80的中段均与下模11和上模21正对设置。另外，上模具2能够相对于下模具1竖直上下移动，预成形坯料80经所述上模具2和下模具1成形为预成形工件90。

通过设置上模具2和下模具1之间放置预成形坯料80，且预成形坯料80的两端分别设置于浮升机构12和压料机构22之间，使得预成形坯料80定位可靠，避免出现飞边的情况，进而提高了预成形工件90的直线精度及齿面平整度。同时，通过预成形坯料80的中段均与下模11和上模21正对设置，上模具2能够相对于所述下模具1竖直上下移动，使得预成形坯料80经上模具2和下模具1成形为预成形工件90，结构简单，操作方便，适合大规模生产，进而提高了坯料的利用率，降低了生产成本。

如图1-3所示，由圆柱形坯料制作成预成形坯料80，其中预成形坯料80的两端为预成形坯料的大径区801，预成形坯料80的中段为预成形坯料的小径区802和预成形坯料的锥面区803，进而形成中段直径小、两端直径大的哑铃形预成形坯料80。

由于预成形坯料的大径区801与预成形坯料的小径区802采用预成形坯料的锥面区803进行过渡，通过合理设计预成形坯料的大径区801和预成形坯料的小径区802的直径、起始位置及预成形坯料的锥面区803的锥角，能够避免预成形坯料80在压制时产生飞边的情况。

如图4-7所示，上述成形模具的上模具2和下模具1之间用于放置预成形坯料80，其中下模具1还包括下模板13、设置于下模板13上的下模垫板14及两个下模固定板15，下模11和两个下模固定板15均设置于下模垫板14上。同时，两个浮升机构12分别设置于下模11两侧，且两个下模固定板15分别设置于两个浮升机构12的外侧。另外，浮升机构12包括浮升弹簧121和浮升块122，其中浮升弹簧121的一端贯穿于下模垫板14且连接于下模板13，另一端连接于浮升块122。当上模具2对应抵压浮升机构12时，浮升块122能够沿下模固定板15和下模11的侧壁上下移动。除此之外，下模11的中部设有与预成形工件90的底部定位背槽906形状相反的尖角凸台。

如图4-7所示，上述上模具2还包括上模板23、设置于上模板23上的上模垫板24及两个上模固定板25，上模21和两个上模固定板25均设置于上模垫板24上。同时，两个压料机构22分别设置于上模21两侧，且两个上模固定板25分别设置于两个压料机构22的外侧。另外，压料机构22包括压料弹簧221和压料块222，其中压料弹簧221的一端贯穿上模垫板24且与上模板23连接，另一端连接于压料块222。当压料块222对应抵压浮升块122时，压料块222能够沿上模固定板25和上模21的侧壁上下移动。

如图4-7所示，上述浮升块122和压料块222均设置有半圆形凹槽，浮升块122与压料块222合拢形成完整的圆孔用于固定预成形坯料80的大径。通过控制浮升块122与压料块222半圆形凹槽的加工误差和安装误差，可以有效地保证预成形工件90的直线度。

如图4-7所示，由于预成形坯料80的尺寸限制，使得预成形坯料80的两端不能完全贯穿两个浮升机构12和两个压料机构22，导致预成形坯料80的一端出现悬空的情况，因此在浮升块122与压料块222之间设置压料平衡柱3。其中压料平衡柱3与预成形坯料80的大径区的直径相同，将压料平衡柱3抵靠于预成形坯料80的端面，且浮升块122与压料块222合拢形成完整的圆孔同时也覆盖压料平衡柱3的外侧。

通过设置压料平衡柱3抵靠于预成形坯料80的端面，类似于延长预成形坯料80出现悬空的一端，在上模具2在下行压制过程中，压料块222推动预成形坯料的大径区801、压料平衡柱3及浮升块122，使浮升块122平稳下行，避免压料块222相对于浮升块122出现倾斜的情况，保证了预成形坯料80在压制过程中的直线度，进而提高了预成形工件90齿面平整度。

如图6-7所示，先将预成形坯料80的两端分别放置于浮升机构12上，并由浮升块122上的半圆形凹槽对预成形坯料的大径区801进行定位，使预成形坯料80的中段与下模11正对设置，并预成形坯料的小径区802空悬于下模11中尖角凸台的上方。

如图8-9所示，上模板23通过上模垫板24推动上模21下行，同时上模21两侧的压料块222在压料弹簧221的推动下，使得浮升机构12向下移动。当压料块222和浮升块122合拢后形成一个完整的圆孔完全覆盖预成形坯料的大径区801的外侧，使预成形坯料80稳定下行。

如图10-11所示，当压料块222和浮升块122合拢后，上模板23通过上模垫板24推动上模21继续下行，继而压缩浮升弹簧121和压料弹簧221。在上模21下行压制过程中，压料块222推动预成形坯料的大径区801、压料平衡柱3及浮升块122，使浮升块122平稳下行，避免出现异常磨损和阻塞。当浮升块122移动至下模垫板14的顶面且浮升块122与下模11的底面平齐时，压料块222也移动至上模垫板24的顶面且压料块222与下模11的底面平齐。此时，当上模板23通过上模垫板24推动上模21继续下行时，上模21和下模11将预成形坯料80压制成形为预成形工件90。

如图12-14所示，预成形坯料80经上模21和下模11的压制形成预成形工件90。由于预成形工件90的中段分别贴合于下模11和上模21的内表面，进而将预成形坯料80压制成底部带有定位背槽906、顶部具有凸起904及两侧具有倾斜面905的预成形工件90。其中预成形工件90包括预成形工件的大径区901、预成形工件的小径区902及预成形工件的锥面区903。

本实施例还提供了一种变节距齿条预成形件的成形方法，采用上述的变节距齿条预成形件的成形模具进行成形加工，包括以下步骤：

步骤1)制作预成形坯料，将原始的圆柱形坯料制成中段直径小、两端直径大的哑铃形坯料后，将哑铃形坯料经过热处理及机加工获得预成形坯料80；

步骤2)压制预成形，将预成形坯料80在变节距齿条预成形件的成形模具中压制，形成底部带有定位背槽906、顶部具有凸起904及两侧具有倾斜面905的预成形工件90。

本发明提供的变节距齿条预成形件的成形方法，先制作中段直径小、两端直径大的哑铃形坯料，然后将哑铃形坯料在变节距齿条预成形件的成形模具中压制，最终形成预成形工件90，该成形方法简单、可靠，能够高效地实现变节距齿条的成形，适合大规模生产，进而降低了生产成本。

步骤1)制作预成形坯料中将圆柱形坯料制成中段直径小、两端直径大的哑铃形坯料，具体包括以下步骤：

步骤a；计算圆柱形坯料的尺寸

根据变节距齿条的长度，在预成形过程中，考虑材料沿轴向1％-2％的延伸量，确定圆柱形坯料的长度尺寸；根据齿条非齿形部分的轴径，考虑加工余量，确定圆柱形坯料的直径；

步骤b：制备哑铃形坯料

制备成中段直径小、两端直径大的坯料，采用车削加工或者挤压-镦粗的方式，将圆柱形坯料制成中段直径小、两端直径大的哑铃形坯料。

步骤1)制作预成形坯料中将哑铃形坯料经过热处理及机加工后获得预成形坯料80，具体包括以下步骤：

步骤A：热处理，对制备完成的哑铃形坯料进行球化退火或正火处理，以获得适合于冷成形的组织结构；

步骤B：抛丸处理，清理哑铃形坯料的表面氧化层，形成麻坑状表面。由于经球化退火或正火处理的哑铃形坯料，其表面有氧化皮等异物，需要采用抛丸处理的方法，清除坯料表面的氧化皮。同时所形成的麻坑状表面，有利于后续皮膜化处理中润滑剂的附着；

步骤C：预加热，将经抛丸处理的哑铃形坯料预加热至150℃～200℃，避免由于哑铃形坯料温度过高或过低而影响后续皮膜化处理的效果；

步骤D：涂覆润滑剂，将经预加热处理的哑铃形坯料的表面涂覆润滑剂，形成哑铃形的预成形坯料80。对热处理的哑铃形坯料采用涂覆石墨润滑剂的方法，进行皮膜化涂层处理，以获得均匀分布、厚度一致的石墨涂层。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变节距齿条预成形件的成形模具，其特征在于，包括下模具(1)和上模具(2)；

所述下模具(1)包括下模(11)及分别设置于所述下模(11)两侧的浮升机构(12)；

所述上模具(2)包括上模(21)及分别设置于所述上模(21)两侧的压料机构(22)；

所述上模具(2)和下模具(1)之间用于放置预成形坯料(80)，预成形坯料(80)的两端设置于所述浮升机构(12)和所述压料机构(22)之间，预成形坯料(80)的中段设置于所述下模(11)和所述上模(21)之间；

所述上模具(2)能够相对于所述下模具(1)竖直上下移动，预成形坯料(80)经所述上模具(2)和所述下模具(1)成形为预成形工件(90)。

2.根据权利要求1所述的变节距齿条预成形件的成形模具，其特征在于，所述下模具(1)还包括下模板(13)及设置于所述下模板(13)上的下模垫板(14)，所述下模(11)设置于所述下模垫板(14)上，所述浮升机构(12)贯穿于所述下模垫板(14)且连接于所述下模板(13)。

3.根据权利要求2所述的变节距齿条预成形件的成形模具，其特征在于，所述浮升机构(12)包括浮升弹簧(121)和浮升块(122)，所述浮升弹簧(121)的一端贯穿于所述下模垫板(14)且连接于所述下模板(13)，另一端连接于所述浮升块(122)。

4.根据权利要求3所述的变节距齿条预成形件的成形模具，其特征在于，所述上模具(2)还包括上模板(23)及设置于所述上模板(23)上的上模垫板(24)，所述上模(21)设置于所述上模垫板(24)上，所述压料机构(22)贯穿于所述上模垫板(24)且连接于所述上模板(23)。

5.根据权利要求4所述的变节距齿条预成形件的成形模具，其特征在于，所述压料机构(22)包括压料弹簧(221)和压料块(222)，所述压料弹簧(221)的一端贯穿于所述上模垫板(24)且连接于所述上模板(23)，另一端连接于所述压料块(222)。

6.根据权利要求5所述的变节距齿条预成形件的成形模具，其特征在于，所述浮升块(122)和所述压料块(222)均设置有半圆形凹槽，所述浮升块(122)与所述压料块(222)合拢用于固定预成形坯料(80)的大径部位。

7.根据权利要求5所述的变节距齿条预成形件的成形模具，其特征在于，还包括压料平衡柱(3)，所述压料平衡柱(3)抵靠于预成形坯料(80)的端面，且所述压料平衡柱(3)设置于所述浮升块(122)与所述压料块(222)之间。

8.根据权利要求1所述的变节距齿条预成形件的成形模具，其特征在于，预成形工件(90)的中段贴合于所述下模(11)和所述上模(21)的内表面。

9.一种变节距齿条预成形件的成形方法，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的变节距齿条预成形件的成形模具进行成形加工，包括以下步骤：

步骤1)制作预成形坯料，将原始坯料制成中段直径小、两端直径大的哑铃形坯料后，将哑铃形坯料经过热处理及机加工获得预成形坯料(80)；

步骤2)压制预成形，将预成形坯料(80)在变节距齿条预成形件的成形模具中压制，形成预成形工件(90)。

10.根据权利要求9所述的变节距齿条预成形件的成形方法，其特征在于，步骤1)的热处理及机加工具体包括以下步骤：

步骤A：热处理，对制备完成的哑铃形坯料进行球化退火或正火处理；

步骤B：抛丸处理，清理经热处理的哑铃形坯料的表面氧化层，形成麻坑状表面；

步骤C：预加热，将经抛丸处理的哑铃形坯料预加热至150℃～200℃；

步骤D：涂覆润滑剂，在经预加热处理的哑铃形坯料的麻坑状表面涂覆润滑剂，形成预成形坯料(80)。