CN113462861A - 一种薄壁类零件的扩张式压淬模具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄壁类零件的扩张式压淬模具，包括径向尺寸可变的扩张体、用于限制扩张体径向位移的限位件、用于挤顶扩张体沿径向扩张的挤压件、分别用于挤顶零件上下两端面的顶压环和底部支撑环；扩张体包括零件安装部和连接部，零件安装部整体为空心柱结构，零件安装部的外部轮廓与零件内壁形状匹配，零件安装部的内壁面设置有倒圆锥面；连接部上沿圆周方向设置有多个第一连接孔；扩张体由多个扩张块沿圆周方向依次拼接而成，每个挤扩张块上均设置有至少一个第一连接孔；本发明的压淬模具采用分涨体式结构，使模具具有自动对心找正，脱模过程对零件和模具不造成磨损，模具使用寿命长；一个模具单次可压淬两件零件，生产效率高。
Description
技术领域
本发明属于工程机械技术领域，涉及热处理过程中的模具结构，具体涉及一种薄壁类零件的扩张式压淬模具。
背景技术
同步器齿套属于薄壁易变形零件，有效壁厚仅为6mm，而且还带有内花键和拨叉槽；此外，该零件对内花键精度和端面平面度要求很高。采用常规的渗碳淬火工艺，存在内花键的不均匀收缩，端面翘曲等问题，并且需要校圆等辅助工序，零件合格率不到50％。
行业内还采用压淬工艺方式，但压淬模具多为固定式，而这种固定式模具通常是单件生产，即一个模具单次生产一件零件，效率较低；此外，为了保证齿套的内花键尺寸，在压淬过程中模具尺寸与齿套内花键必须是过盈配合，抓取齿套过程中，由于定位精度原因，无法100％保证齿套中心和模具中心对中，会出现齿套放到模具上后出现一边偏的情况，进而导致齿套被压伤，甚至模具受力不均出现局部压溃；淬火结束后，齿套零件和模具处于过盈配合状况，齿套抱死在模具芯轴上，脱模时需要靠液压将芯轴从齿套中拉出来，这个脱模方式对零件和模具会均会造成一定磨损，芯轴尺寸磨损快，整体寿命较低，还可能发生由于零件的尖角崩齿而导致零件报废现象。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种薄壁类零件的扩张式压淬模具，解决了现有的固定式模具无法精准保证齿套中心和模具中心对中以及脱模时易对零件造成损伤的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种薄壁类零件的扩张式压淬模具，包括径向尺寸可变的扩张体、用于限制扩张体径向位移的限位件、用于挤顶扩张体沿径向扩张的挤压件、分别用于挤顶零件上下两端面的顶压环和底部支撑环；
所述扩张体包括零件安装部和连接部，所述零件安装部整体为空心柱结构，零件安装部的外部轮廓与零件内壁形状匹配，零件安装部的内壁面设置有倒圆锥面；所述连接部上沿圆周方向设置有多个第一连接孔；
所述扩张体由多个扩张块沿圆周方向依次拼接而成，每个挤扩张块上均设置有至少一个所述第一连接孔；
所述限位件包括限止环、第一连接杆和弹性件，所述限止环上沿圆周方向设置有多个与所述第一连接孔位置对应的第二连接孔，所述限止环套设在连接部上，所述弹性件夹设在限止环内壁与连接部外壁面之间，所述第一连接杆插入第二连接孔和第一连接孔中将限止环与连接部连接在一起；
所述挤压件上设置有一段锥形柱体段，所述锥形柱体段的圆锥面与零件安装部上的倒圆锥面匹配。
具体的，所述挤压件包括锥形柱体段和圆柱体段，所述连接部中心设置有与圆柱体段匹配的圆柱形孔。
进一步的，所述挤压件还包括中心柱，所述中心柱为薄壁型柱体，所述挤压件的锥形柱体段上设置有与中心柱的柱壁匹配的环形凹槽。
优选的，所述第一连接杆包括螺纹段和光滑段，所述第一连接孔为螺纹孔，所述螺纹段与第二连接孔连接，所述光滑段插入第一连接孔中。
优选的，所述顶压环的一端设置为与机床匹配的连接端，顶压环的另一端内径大于等于零件的内径；所述顶压环上与零件接触的一端围绕圆周方向设置有多个第一槽口。
优选的，所述顶压环的壁面上围绕圆周方向设置有多个第二通孔。
具体的，底部支撑环包括第一环形段和第二环形段，所述第一环形段外径大于第二环形段外径；所述第一环形段内径大于等于零件的内径，第二环形段的内经与所述扩张件的连接部外径匹配。
优选的，所述第一环形段顶部围绕圆周方向设置有多个第二槽口。
进一步的，该压淬模具还包括第二连接杆，所述挤压件中心设置有第三通孔，第二连接杆一端插入第三通孔中，另一端出露在挤压件的外部。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的压淬模具采用分涨体式结构，使模具具有自动对心找正，脱模过程对零件和模具不造成磨损，模具使用寿命长；基于该分涨体式结构特点，实现了一个模具单次可压淬两件零件，生产效率高、生产过程稳定；而且采用本发明的压淬模具可实现恒定加压或者脉冲式加压，实现分涨体缩涨稳定变形或脉冲式变化，来有效控制被压淬零件的尺寸。
本发明的其他优点在具体实施方式中进行详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例记载的压淬模具整体结构示意图。
图2是本发明实施例记载的压淬模具整体装配示意图。
图3是本发明实施例记载的扩张体的俯视图。
图中各标号说明：
1-扩张体，2-限位件，3-挤压件，4-顶压环，5-底部支撑环，6-第二连接杆，7-零件；
11-扩张块，12-零件安装部，13-连接部；
121-倒圆锥面；131-第一连接孔，132-圆柱形孔；
21-限止环，22-第一连接杆，23-弹性件；211-第二连接孔；
31-锥形柱体段，32-圆柱体段，33-中心柱，34-第三通孔；
311-圆锥面，312-环形凹槽；331-第一通孔；
41-第一槽口，42-第二通孔；
51-第一环形段，52-第二环形段；511-第二槽口。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，其中的“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接或成一体；可以是直接连接，也可以是间接连接等等。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术方案中的具体含义。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、底、顶”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指以相应附图的轮廓为基准定义的。
本发明并不局限于以下具体实施例，在下述具体实施例中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本发明的思想，同样应当视其为本发明所公开的内容。
本发明实施例公开了一种薄壁类零件的扩张式压淬模具，如图1所示，该压淬模具包括径向尺寸可变的扩张体1、限位件2、挤压件3、分别用于挤顶零件7上下两端面的顶压环4和底部支撑环5，限位件2用于限制扩张体1径向位移，挤压件3用于挤顶扩张体1沿径向扩张，顶压环4用于传递压淬机床的外圈压力，防止零件7的上端面翘曲变形，底部支撑环5用来支撑零件7的下端面，顶压环4和底部支撑环5二者共同来限制零件7外圆端面的不规则变形。本实施例示例的薄壁类零件7为齿套。
扩张体1包括零件安装部12和连接部13，零件安装部12整体为空心柱结构，零件安装部12的外部轮廓与零件7内壁形状匹配，用于套入齿套，零件安装部12的内壁面设置有倒圆锥面121。连接部13上沿圆周方向设置有多个第一连接孔131。
扩张体1由多个扩张块11沿圆周方向依次拼接而成，本实施例的扩张体由六个大小一致的扩张块11组成，如图3所示，每个挤扩张块11上均设置有至少一个第一连接孔131。在受力过程中，本实施例的6个扩张块11均匀径向扩张移动，最终和齿套内壁充分贴合，从而达到控制齿套零件尺寸的效果。涨开后，相邻扩张块11之间存在2-6mm的间隙，来保证淬火油有序地流动，确保齿套淬火过程的冷却效果和整体均匀性。
本实施例的零件安装部12外部为圆柱形，内腔为倒圆锥形。零件安装部12沿轴向的长度为两件齿套零件沿轴向的厚度之和再增加3％～10％，保证扩张体1在工作状态下能够和零件充分接触。
扩张体1的零件安装部12顶部设置有倒角，放取齿套时起到导向作用，方便零件平稳地套入扩张体1中，本实施例中倒角为20°～40°×2～4mm。
扩张体1在不受力的自由状态下，外部整体尺寸略小于零件7的内径，这样零件7与分扩张体1是间隙配合，方便零件7的放取。
本实施例优选的，倒圆锥面121的锥角(指倒圆锥面与轴线的夹角)为40°～50°，该角度能够最大程度的保证压淬处理后得到的上下两个零件尺寸一致。
本实施例中，连接部13的目的是用于连接限位件2中的限止环21，因此可设置连接部的外径小于零件安装部12的外径，方便底部支撑环的形状设计。
如图2所示，限位件2包括限止环21、第一连接杆22和弹性件23。弹性件23在外力下可变形，本实施例的弹性件23优选弹簧；限止环21上沿圆周方向设置有多个与第一连接孔131位置对应的第二连接孔211，限止环2套设在连接部13上，弹性件23夹设在限止环21内壁与连接部13外壁面之间，第一连接杆21插入第二连接孔211和第一连接孔131中将限止环21与连接部13连接在一起，通过弹性件23的伸缩来实现扩张块11朝水平方向有序地向外扩涨和回缩。同时可以通过中心柱33进行稳定加压或者脉冲式加压(脉冲压力变化为1-5S的加压时间，然后1-3S取消压力时间，脉冲实施时间为3-5min，施加的压力值为10-20bar)，来实现压淬过程中扩涨体1保持固定尺寸或脉冲式尺寸变化。
第一连接杆22包括螺纹段和光滑段，本实施例的第一连接杆22具体为螺栓，第一连接孔131为螺纹孔，螺纹段与第二连接孔131连接，光滑段插入第一连接孔211中。
挤压件3上设置有一段锥形柱体段31，锥形柱体段31的圆锥面311与零件安装部12上的倒圆锥面121匹配。挤压件3的圆锥面311与扩张体1的倒圆锥面121贴合度要达到90％-98％，这个贴合度和倒圆锥面121的角度能确保施加到挤压件3顶端的压力能均匀分解到每个扩张块11上，保证扩张块11平稳一致地向外扩张，同时每个扩张块11与水平面保持垂直，避免出现扩张块11上下部位受力不均而倾斜，导致无法保证两个零件的圆度和平面度一致的情况。
如图2所示，本实施例的挤压件3包括锥形柱体段31和圆柱体段32。连接部13中心设置有与圆柱体段32匹配的圆柱形孔132，连接部13的外部形状为与限止环21形状匹配的空心圆形短柱体。
本实施例的顶压环4的一端设置为与机床匹配的连接端，顶压环4的另一端内径大于等于零件7的内径，最好的，该端的内径等于零件7的内径，这样稳定性好。顶压环4与机床连接的一端根据机床的大小调整，如图2所示，本实施例的顶压环4为上大下小的锥形环。
作为本实施例的优选案例，在顶压环4上与零件7接触的一端围绕圆周方向设置有多个第一槽口41，确保压淬过程流油顺畅，保证零件端面冷却效果和整体冷却的均匀性，避免端面局部出现软点。
作为本实施例的优选案例，顶压环4的壁面上围绕圆周方向设置有多个第二通孔42，一方面作为淬火油的溢流孔，一方面起到减重的效果。
本实施例的底部支撑环5包括第一环形段51和第二环形段52，第一环形段51外径大于第二环形段52外径，第一环形段51内径大于等于零件7的内径，最好的，第一环形段51的内径等于零件7的内径，这样稳定性好，第二环形段52的内经与扩张件1的连接部13外径匹配，这样保证了底部支撑环52的中心与整个压淬模具的中心同轴。
作为本实施例的优选案例，在第一环形段51顶部围绕圆周方向设置有多个第二槽口511，作用同第一槽口41，都是为了确保压淬过程流油顺畅，保证零件端面冷却效果和整体冷却的均匀性，避免端面局部出现软点。
作为本发明的另一实施例，为了方便与机床连接，在锥形柱体段31上还连接有一个中心柱33，本实施例的中心柱33为薄壁型柱体，挤压件3的锥形柱体段31顶部设置有与中心柱33的柱壁匹配的环形凹槽312，中心柱33通过该环形凹槽312卡入在锥形柱体段31上。
作为优选案例，在中心柱33的柱壁上设置有第一通孔331，作为装卸工艺孔，方便与机床连接。
作为本发明的另一实施例，为了方便与机床连接，还设置有一个第二连接杆6。在挤压件3中心设置第三通孔34，第二连接杆6一端插入第三通孔34中，并通过设置在该端的凸缘限位在第三通孔中，另一端出露在挤压件3的外部，该出露段与机床连接。本实施例的第二连接杆6为螺杆，第二连接杆6设置有光滑段和螺纹段，光滑段插入第三通孔34中，螺纹段连接机床。
以下给出本发明上述实施例记载的压淬模具的装配过程：
将底部支撑环5安装至压淬机床下端，并保证自由旋转；将扩张块11依次放在在限止环21内，并通过弹性件23、第一连接杆22连接成一体，再放入挤压件3，并通过在挤压件3上端施加压力确保扩张块11涨缩均匀稳定；扩张体1整体放置在底部支撑环5的第一环形段51和第二环形段52形成的台阶处，使用第二连接杆6将该整体与机床固定；在机床上安装中心柱33，在扩张体1上放置零件7和顶压环4，使用螺栓将顶压环4与机床上部连接。
Claims (9)
1.一种薄壁类零件的扩张式压淬模具，其特征在于，包括径向尺寸可变的扩张体(1)、用于限制扩张体(1)径向位移的限位件(2)、用于挤顶扩张体(1)沿径向扩张的挤压件(3)、分别用于挤顶零件(7)上下两端面的顶压环(4)和底部支撑环(5)；
所述扩张体(1)包括零件安装部(12)和连接部(13)，所述零件安装部(12)整体为空心柱结构，零件安装部(12)的外部轮廓与零件(7)内壁形状匹配，零件安装部(12)的内壁面设置有倒圆锥面(121)；所述连接部(13)上沿圆周方向设置有多个第一连接孔(131)；
所述扩张体(1)由多个扩张块(11)沿圆周方向依次拼接而成，每个挤扩张块(11)上均设置有至少一个所述第一连接孔(131)；
所述限位件(2)包括限止环(21)、第一连接杆(22)和弹性件(23)，所述限止环(21)上沿圆周方向设置有多个与所述第一连接孔(131)位置对应的第二连接孔(211)，所述限止环(2)套设在连接部(13)上，所述弹性件(23)夹设在限止环(21)内壁与连接部(13)外壁面之间，所述第一连接杆(21)插入第二连接孔(211)和第一连接孔(131)中将限止环(21)与连接部(13)连接在一起；
所述挤压件(3)上设置有一段锥形柱体段(31)，所述锥形柱体段(31)的圆锥面(311)与零件安装部(12)上的倒圆锥面(121)匹配。
2.如权利要求1所述的薄壁类零件的扩张式压淬模具，其特征在于，所述挤压件(3)包括锥形柱体段(31)和圆柱体段(32)，所述连接部(13)中心设置有与圆柱体段(32)匹配的圆柱形孔(132)。
3.如权利要求2所述的薄壁类零件的扩张式压淬模具，其特征在于，所述挤压件(3)还包括中心柱(33)，所述中心柱(33)为薄壁型柱体，所述挤压件(3)的锥形柱体段(31)上设置有与中心柱(33)的柱壁匹配的环形凹槽(312)。
4.如权利要求1所述的薄壁类零件的扩张式压淬模具，其特征在于，所述第一连接杆(22)包括螺纹段和光滑段，所述第一连接孔(131)为螺纹孔，所述螺纹段与第二连接孔(131)连接，所述光滑段插入第一连接孔(211)中。
5.如权利要求1所述的薄壁类零件的扩张式压淬模具，其特征在于，所述顶压环(4)的一端设置为与机床匹配的连接端，顶压环(4)的另一端内径大于等于零件(7)的内径；所述顶压环(4)上与零件(7)接触的一端围绕圆周方向设置有多个第一槽口(41)。
6.如权利要求1或5所述的薄壁类零件的扩张式压淬模具，其特征在于，所述顶压环(4)的壁面上围绕圆周方向设置有多个第二通孔(42)。
7.如权利要求1所述的薄壁类零件的扩张式压淬模具，其特征在于，底部支撑环(5)包括第一环形段(51)和第二环形段(52)，所述第一环形段(51)外径大于第二环形段(52)外径；所述第一环形段(51)内径大于等于零件(7)的内径，第二环形段(52)的内经与所述扩张件(1)的连接部(13)外径匹配。
8.如权利要求7所述的薄壁类零件的扩张式压淬模具，其特征在于，所述第一环形段(51)顶部围绕圆周方向设置有多个第二槽口(511)。
9.如权利要求1所述的薄壁类零件的扩张式压淬模具，其特征在于，还包括第二连接杆(6)，所述挤压件(3)中心设置有第三通孔(34)，第二连接杆(6)一端插入第三通孔(34)中，另一端出露在挤压件(3)的外部。
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