CN1207124C - 直齿轮滚轧和挤压组合精成形的装置及工艺 - Google Patents

Abstract

一种直齿轮滚轧和挤压组合精成形的装置及工艺，属于金属塑性加工技术领域，其装置由装在板式滚压塑性精成形机上的模具和装在液压机上的直齿轮热挤压精成形装置组成；其工艺是：首先将圆棒料置于滚压塑性精成形机的模腔中滚轧直齿轮坯，然后将坯料置于挤压精成形装置中挤压。优点是：滚轧制坯和挤压成形的组合工艺需要的设备吨位小、材料利用率高，大大减少了机械加工的切削量，生产效率高，无冲击、噪声及其它的环境危害，设备投资低，对工人技术要求低。

Description

直齿轮滚轧和挤压组合精成形的装置及工艺

技术领域：

本发明属于金属塑性加工技术领域，涉及一种金属滚轧和挤压成形的装置及工艺的改进。

背景技术：

现有直齿轮的加工技术中的插齿、刨齿、铣齿、滚齿，冷、温挤压等，都存在一些不足，插齿、刨齿、铣齿不但材料利用率低，而且把坯料的金属纤维切断，其机械性能差，滚齿加工的效率低，而且加工较为硬脆的材料的困难很大；冷、温挤压不但需要很大吨位的压力机，而且对模具材料硬度和耐磨性都有很高的要求。

发明内容

这就需要根据金属热塑性成形的变形规律研制一种能降低设备吨位、提高材料利用率和加工率，又能替代机械粗加工并保证机械性能的直齿轮塑性精成形的装置与工艺，这种工艺再与机械加工的插齿、刨齿和铣齿相结合，是现代制造技术中加工齿轮的一个新的发展方向。

本发明为达到上述目的而提供的一种直齿轮滚轧和挤压组合精成形机的装置及工艺。

本发明装置如下：

该装置有板式滚压塑性成形机(见专利号：ZL95109500.5)和液压机上安装的直齿轮热滚压制坯和热挤压精成形的装置。

直齿轮热滚轧制坯是在板式滚压间塑性精成形机上完成的。

板式滚压塑性成形机的上压辊与上滑动压板啮合传动，下压辊与下滑动压板啮合传动，滚轧的上、下模板为完全相同的反对称型槽，上、下模板分别装在上、下滑动压板上，上、下滑动压板分别与上、下压辊相切接触，上、下模板随上、下压板相对滑动。

在液压机上安装有直齿轮热挤压精成形装置，直齿轮热挤压精成形装置是由上装置和下装置组成：

在上装置中，导向套和压板固定在固定板上，导向柱和弹簧导柱固定在下固定板上，上凸模和芯杆导套由下固定板的下方装入下固定板，上凸模芯杆是装在上凸模和芯杆导套中，在上凸模芯杆与上凸模和芯杆导套之间设有空气弹簧室，在空气弹簧室中设有进气阀和排气阀，而且进气阀与高压气源相通，当空气弹簧室的压力低于所设定的最低压力时，高压就通过进气阀供气，当空气弹簧室的压力高于所设定的最高压力时，便通过排气阀排气，压盖用螺栓旋紧在上凸模和芯杆导套上，装有导向套的上固定板可套入装有导向柱的下固定板上，把上固定板装在活动横梁的下方，把下固定板固定在机架上；

在下装置中，工作台的下方装有下凸模导套，下装置固定板上装有下凸模和芯杆导套，下装置固定板固定在机架上，在下凸模和芯杆导套上装有弹簧，下装置固定板的下方可将下凸模芯杆插入下凸模和芯杆导套，并可使其与顶出缸柱塞的上端面连接。

本发明工艺如下：

将加热至锻造温度的圆棒料送至板式滚压塑性精成形机上下模板的入口处，并保证圆棒料的中心线和上下压辊的中心线在同一垂直平面内，在上、下滑动压板带动上、下模板相对滑动过程中，圆棒料就被滚轧成精成形直齿轮挤压用的齿轮坯，齿轮坯由上下模板的出口处落入传送带。

直齿轮热挤压精成形装置先把模具预应力套加热后再将凹模压入套中，然后将其装在工作台上并使上凸模和芯杆导套、下凸模和芯杆导套与凹模滑动配合，然后便可固紧在工作台上，把加热至锻造温度的直齿轮坯置入凹模，开动液压机，上凸模和芯杆导套压入凹模，便对齿轮坯中间部分产生镦粗变形，当压力增大到规定数值时，上凸模芯杆便克服了空气弹簧室的弹性阻力向下移动，压入齿轮坯中心，使齿轮坯的齿形完全充填到凹模的模具型槽中，与此同时，下凸模因受到下装置固定板的限制，不能向下移动而下凸模芯杆便在顶出缸的作用下由齿轮坯的下面压入齿轮坯的中心，使齿轮坯的齿形完全充填到凹模的型槽中，随后在液压机的活动横梁向上移动的同时，顶出缸便把热挤压精成形的齿轮顶出，完成了直齿轮的热挤压精成形。

本发明的优点是：

1、滚轧制坯和挤压成形的组合工艺需要的设备吨位小，材料利用率高，并可充分发挥材料塑性的潜在能力。

2、坯料对模具的充填性好，大大减少了机械加工的切削量、金属纤维分布合理，机械性能高。

3、生产效率高，易于实现自动化。

4、无冲击、噪声及其它的环境危害、

5、设备投资低，对工人技术要求低。

附图说明

图1.1是本发明板式滚压塑性精成形机的主视图；

图1.2是本发明板式滚压塑性精成形机的侧视图；

图2.1和2.2是本发明板式滚压塑性精成形机的滚轧的工装与模具结构图；

图2.3是本发明板式滚压塑性精成形机的滚轧的工装与模具结构A-A剖视图；

图2.4是本发明板式滚压塑性精成形机的滚轧的工装与模具结构A-A剖视图的B-B剖视图；

图2.5是本发明板式滚压塑性精成形机的滚轧模具模板型槽图；

图3是本发明直齿轮热挤压液压机和挤压精成形装置的结构图；

图4.1是本发明直齿轮的精确几何形状和尺寸图；

图4.2是本发明直齿轮的精确几何形状和尺寸和热滚轧后直齿轮几何形状和尺寸图；

图4.3是本发明考虑加工余量的热挤压精成形直齿轮的几何形状和尺寸图；

图5.1是本发明的板式滚压塑性精成形机经第一道滚轧制出的直齿轮坯结构图；

图5.2是本发明的板式滚压塑性精成形机经第二道滚轧制出的直齿轮坯结构图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述：

其中：1是上滑动压板，2是上模板，3是上压辊，4是模板型腔，5是下模板，6是下滑动压板，7是下压辊，8是液压机基础，9是顶出缸，10是机架，11是工作台，12是活动横梁，13是上固定横梁，14是工作主缸，15是平衡侧缸，16是上装置上固定板，17是导向套、18是导向柱，19是上装置压板，20是压盖，21是弹簧导柱，22是上凸模芯杆，23是空气弹簧室，24是上装置下固定板，25是上凸模和芯杆导套，26是挤压凹模，27是挤压凹模预应力外套，28是直齿轮坯，29是下凸模和直导套，30是下凸模芯杆，31是下凸模导套，32是下装置固定板，33是弹簧，34是顶出缸柱塞。

上、下模板分别装在上、下滑动压板上，上、下滑动压板分别与上、下压辊相切接触，以增大上、下压板的刚度，在滚轧过程中，上、下模板随上、下压板相对滑动，于是置于型腔中的坯料便被滚轧成形。

在滚轧过程中，按照体积不变定律，适当考虑氧化耗损量、切断用量，根据直齿轮坯料的体积和分度圆的直径及一次滚轧的直齿轮数，选择圆棒料的直径和长度。

在直齿轮热挤压精成形的工艺过程中，当挤压压力增大到一定数值时，上凸模芯杆便克服了空气弹簧室的弹性阻力向下移动，在空气室内设有压力传感器、进气阀和排气阀，在工作过程中，由于温度的上升，室内的最大压力可能超过设定的最大压力时，排气阀便自动打开，由于室内温度下降等原因使室内的最小压力低于设定的最小压力时进气阀便自动打开。

空气弹簧室可代替双动液机。

实施例1：

圆棒料尺寸的确定：以三个直齿轮为一组，并考虑加工余量0.5毫米和两个切口6毫米，结合图4.1及其所附参数，根据下式其中：

$V=2Z{l}_0[\frac{r_a^2\sin 2{\mathrm{\θ}}_1}{4}-\underset{r_h}{\overset{r_a\cos \mathrm{\θ}}{\∫}}\mathrm{y\αx}\frac{r_f^2{\mathrm{\θ}}_1}{2}+\frac{(r_a^2-r_f^2){\mathrm{\θ}}_2}{4}]+{\mathrm{\πr}}_f^2{l}_0$

${\mathrm{\θ}}_1=2\mathrm{inv\α}+\mathrm{inv}\frac{r_b}{r_a}$

${\mathrm{\θ}}_2=\frac{s}{r}-2[\mathrm{inv}\left(\frac{r_b}{r_a}\right)-\mathrm{inv\α}]$

可求得所需总体积为635立方厘米。于是可选用长度126毫米，直径为40毫米的圆棒料。

滚轧制坯：利用装在板式滚压塑性精成形机(如图1)上的模板(如图2)经过第一道滚轧，使棒料轧成图5.1的形状，再经过第一道滚思，使其成为图5.2的形状，再经过第三道滚轧，并经第四道精整形，便轧成图4.2粗实线的形状，其中细实线为直齿轮的精确形状，而滚轧成的粗实线开关，在基圆半径Rb以外的齿宽比精确直齿轮的宽度要小。

挤压精成形：把经滚轧制坯如图4.2的工件置于图3的凹模中，开动压机压下，在上凸模和导套芯杆和下凸模和芯杆导套的对向作用下，坯料中间部分被镦粗的同时中间部分的齿牙也受到镦粗，而齿根部分由于挤压受到拉伸变形，在压机的压力继续增加时，上凸模芯杆压入坯料上端的中心，下凸模芯杆在顶出缸的压力作用下压入坯料下端的中心，于是坯料上端部和下端部同时被胀挤，在其部也发生拉伸变形，最后抬起压机活动横梁，工件被顶出，完成了如图4.3细实线所示的热挤压精成形的直齿轮。

图4.1

        齿数：z＝20

        模数：m＝4

        分度圆上的压力角：α＝20°

        齿顶高系数： $h_a^{*}=1$

        顶隙系数：c^*＝0.25

        分度圆直径：d＝m·z＝80

        齿顶高： $h_a=h_a^{*}\·m=4$

        齿根高： $h_f=(h_a^{*}+c^{*})\·m=5$

        齿全高：h＝h_a+h_f＝9

        齿顶圆直径：d_a＝d+2·h_a＝88

        齿根圆直径：d_f＝d-2·h_f＝70

        基圆直径：d_b＝d·cos(α)＝75.2

        齿轮厚度：l₀＝40

图2.4

其中： $K_1=\mathrm{\π}\·(\frac{d_1}{2}-h_0)$ $K_5=\mathrm{\π}\·(\frac{d_1}{2}-h_0-h_1-h_2-h_3-h_4)$

$K_2=\mathrm{\π}\·(\frac{d_1}{2}-h_0-h_1)$ k₁k₂k₃k₄k₅：为辊轧过程中的叠加部分

$K_3=\mathrm{\π}\·(\frac{d_1}{2}-h_0-h_1-h_2)$ h₀h₁h₂h₃h₄：为辊轧过程中的径向压下量

$K_4=\mathrm{\π}\·(\frac{d_1}{2}-h_0-h_1-h_2-h_3)$

Claims (3)

1、一种直齿轮滚轧和挤压组合精成形的装置，由板式滚压塑性成形机和液压机组成，其特征是：

在液压机上安装有直齿轮热挤压精成形装置，直齿轮热挤压精成形装置是由上装置和下装置组成：

在上装置中，导向套和压板固定在固定板上，导向柱和弹簧导柱固定在下固定板上，上凸模和芯杆导套由下固定板的下方装入下固定板，上凸模芯杆是装在上凸模和芯杆导套中，在上凸模芯杆与上凸模和芯杆导套之间设有空气弹簧室，在空气弹簧室中设有进气阀和排气阀，而且进气阀与高压气源相通，当空气弹簧室的压力低于所设定的最低压力时，高压就通过进气阀供气，当空气弹簧室的压力高于所设定的最高压力时，便通过排气阀排气，压盖用螺栓旋紧在上凸模和芯杆导套上，装有导向套的上固定板可套入装有导向柱的下固定板上，把上固定板装在活动横梁的下方，把下固定板固定在机架上；

在下装置中，工作台的下方装有下凸模导套，下装置固定板上装有下凸模和芯杆导套，下装置固定板固定在机架上，在下凸模和芯杆导套上装有弹簧，下装置固定板的下方可将下凸模芯杆插入下凸模和芯杆导套，并可使其与顶出缸柱塞的上端面连接。

2、根据权利要求1所述的一种直齿轮滚轧和挤压组合精成形的装置，其特征是：

板式滚压塑性成形机的上压辊与上滑动压板啮合传动，下压辊与下滑动压板啮合传动，滚轧的板式滚压塑性精成形机上、下模板为完全相同的反对称型槽，上、下模板分别装在上、下滑动压板上，上、下滑动压板分别与上、下压辊相切接触，上、下模板随上、下滑动压板相对滑动。

3、一种直齿轮滚轧和挤压组合精成形的工艺，其工艺是：

a、将加热至锻造温度的圆棒料送至板式滚压塑性精成形机上下模板的入口处，并保证圆棒料的中心线和上下压辊的中心线在同一垂直平面内，在上、下滑动压板带动上、下模板相对滑动过程中，圆棒料就被滚轧成精成形直齿轮挤压用的齿轮坯，齿轮坯由上下模板的出口处落入传送带；

b、直齿轮热挤压精成形装置先把模具预应力套加热后再将凹模压入套中，然后将其装在工作台上并使上凸模和芯杆导套、下凸模和芯杆导套与凹模滑动配合，然后便可固紧在工作台上，把加热至锻造温度的直齿轮坯置入凹模，开动液压机，上凸模和芯杆导套压入凹模，便对齿轮坯中间部分产生镦粗变形，当压力增大到规定数值时，上凸模芯杆便克服了空气弹簧室的弹性阻力向下移动，压入齿轮坯中心，使齿轮坯的齿形完全充填到凹模的模具型槽中，与此同时，下凸模因受到下装置固定板的限制，不能向下移动而下凸模芯杆便在顶出缸的作用下由齿轮坯的下面压入齿轮坯的中心，使齿轮坯的齿形完全充填到凹模的型槽中，随后在液压机的活动横梁向上移动的同时，顶出缸便把热挤压精成形的齿轮顶出，完成了直齿轮的热挤压精成形。

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