CN1280911A - 通过压制粉末材料制造斜齿轮的方法 - Google Patents

Abstract

中间模具10具有内圆周斜齿r,下冲头7具有外圆周斜齿p,上冲头8具有外圆周斜齿q。当中间模具10、下冲头7和上冲头8相互配合通过压制粉末材料制造斜齿轮时,从外上冲头8a的压力减小时开始到中间模具10脱开时,适于与外上冲头8a啮合的相角导向11的横向移动(相角转移)得到修正,使相角导向可以返回其原始位置。在外上冲头8a的压制表面上还设置了一逸出表面。当外上冲头8a和压制产品Ga分别在横向移动时,所设计的逸出表面能减小压制产品Ga上产生的滑动接触力。

Description

通过压制粉末材料制造斜齿轮的方法

本发明涉及粉末冶金工艺，尤其涉及通过压制粉末材料制造斜齿轮的方法，该方法在压制过程中能避免形成裂纹或类似缺陷。

迄今为止，已经熟知这种通过压制粉末材料制造作为烧结产品的斜齿轮的工艺，例如，日本未审查专利公开No．平11-58087中公开的技术。

按照该技术，布置分别具有外圆周斜齿的上和下冲头与一浮动模具(中间模具)啮合，所述浮动模具具有内圆周斜齿，其中粉末材料填充在上下冲头之间。上冲头向下移动施加压力，以压制粉末材料。然后，浮动模具向下移动，同时以预定的夹持力夹持在上下冲头之间的压制产品，最后同压制产品脱离开。

为了使上冲头的外圆周斜齿光滑地与浮动模具的内圆周斜齿啮合，上冲头的外圆周斜齿适合于与用于相角调节的相角导向的内圆周斜齿啮合。

在如上所述的通过压制粉末材料制造斜齿轮的这种方法中，当斜齿的螺旋角很深或者齿廓很薄时，会有在齿部分产生裂纹的麻烦，尤其是当压制粉末材料后在应有的位置夹持压制产品圆周的浮动模具向下移动和脱离开压制产品时。

因此，本发明的一个目的是避免产生裂纹，尤其是在压制粉末材料时在应有的位置夹持压制产品圆周的浮动模具脱开时。

为了实现上述目的，按照本发明，通过压制粉末材料制造斜齿轮的方法包括步骤：使具有内圆周斜齿的中间模具与具有外圆周斜齿的下冲头啮合，将粉末材料装入下冲头和中间模具形成的凹形部分，沿相角导向向下移动具有外圆周斜齿的上冲头与中间模具啮合，其中压力施加到粉末材料上以进行压制，以一预定的夹持力在上下冲头之间夹持压制产品，然后使中间模具向下脱开压制产品，其中当中间模具脱开时在相角导向上产生的横向位移得到修正，从而使相角导向返回其原始位置。

研究裂纹产生机理的结果是，本发明的发明人发现，当在应有位置夹持压制产品的圆周的中间模具脱开而上冲头以预定夹持力压紧压制产品时，上冲头撬起压制产品的上表面导致裂纹的产生。

即，当压制粉末材料时，上冲头提供约420吨的压力，但由于与部分斜齿对应的上冲头相对于其垂直方向是倾斜的，因此上冲头在部分中间模具上施加了侧压力。粉末材料压制后，当上冲头压力减小以提供约4吨的夹持力，同时夹持压制产品的中间模具脱开时，一直被中间模具在应有位置夹持的压制产品以及上冲头都处于自由的状态。因此，在上冲头和压制产品之间产生相对横向移动，从而在它们之间的接触部分产生滑动接触力。由于存在滑动接触力，在压制产品的上表面上产生大的撬起力，从而产生裂纹。

另一方面，如上所述，当上冲头与中间模具的内圆周斜齿的啮合时，它受到相角调节导向的引导。这样，当上冲头施加约420吨的压力时，相角导向也将产生横向移动(相角转移)。当中间模具脱开时，在上冲头和压制产品之间产生相对移动，所述相角导向的横向移动(相角转移)也会导致相对移动，这是裂纹产生的主要原因之一。

因此，通过强制修正当中间模具脱开时相角导向发生的横向移动(相角转移)，使上冲头返回其原始位置，从而能减小在压制产品上产生的撬起力。

在这里，除了可以使用例如楔块装置和复合装置的修正装置外，可以任意地选择用于修正相角导向的横向移动的具体装置。

在本发明的另一方面，通过压制粉末材料制造斜齿轮的方法包括步骤：使具有内圆周斜齿的中间模具与具有外圆周斜齿的下冲头啮合；将粉末材料装入下冲头和中间模具形成的凹形部分；沿相角导向向下移动具有外圆周斜齿的上冲头，以与中间模具啮合，其中通过施加压力压制粉末材料；以一预定的夹持力在上下冲头之间夹持压制产品；然后使中间模具向下脱开压制产品，其中在上冲头的压制表面具有一逸出表面，当中间模具脱开并导致在上冲头和压制产品之间产生横向移动时，该逸出表面用于减小上冲头相对于压制产品产生的滑动接触力。

即，传统的上冲头的压制表面是平的，当在压制产品和上冲头之间产生相对横向移动时，它同接触表面的方向一致，并相当大地受滑动接触力的影响。因此，如果上冲头的压制表面具有以这样的方向倾斜的逸出表面，即当发生相对横向移动时两个接触表面分开，则上述压制表面可以减小上冲头作用在压制产品上的滑动接触力。

在本发明的又一方面，将修正相角导向的横向移动的方法和如上所述的上冲头的逸出表面结合起来。

利用这种组合，可以有效地阻止撬起。

通过下面的与附图结合的说明，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得更清楚。

图1是一说明通过压制粉末材料制造斜齿轮的设备的主要结构的示意图；

图2是一从前方看的说明施加到齿部分的压力的示意图；

图3是一按时间顺序显示上冲头和压制产品之间关系的示意图；

图4是一在说明裂纹产生原因的示意图；

图5是一在上冲头上设置一防止撬起的逸出表面的作用图；

图6是上冲头端部形状的示意图，其中图6(a)是一平面图，(b)是一沿(a)的线B-B截取的剖面图，(c)是一沿(a)的线C-C截取的剖面图；

图7是一压制齿的端部形状的示意图；

图8是一传统相角导向的平面图；

图9是一相角导向经过楔块装置的中间返回的结构实例的示意图；

图10是相角导向经过螺栓装置的中间返回的结构实例的示意图，其中，图10(a)是一平面图，(b)是一侧视图。

下面将参照附图描述本发明的最佳实施例。

图1是一说明通过压制粉末材料制造斜齿轮的设备的主要结构的示意图，图2是一说明施加到齿部分的压力的示意图。图3和4是说明在齿中产生裂纹的原因的示意图。图5是一作用图，其中上冲头设置有防止撬起的逸出表面。图6是上冲头端部形状的示意图。图7是一压制齿的端部形状的示意图。图8-10是相角导向的各种结构实例的示意图。

本发明的通过压制粉末材料制造斜齿轮的方法通过图1所示的粉末材料压制设备1的压制方法示出。下面将说明该压制设备1的主要结构。

压制设备1包括一固定安装到机座2上的下板3，一滑动安装在导向柱4上的中间板5和一上板6，导向柱4竖在机座2上。被支撑的上板6能沿导向柱4上下移动，通过压制机构(未显示)的中间。一浮动机构(未显示)可浮动地支撑中间板5。

下冲头7包括一内下冲头7b和一固定安装在下板3上的外下冲头7a，外圆周斜齿p形成在外下冲头7a的外圆周上。

上冲头8包括一内上冲头8b和一设置在上板6上的外上冲头8a。外上冲头8a可转动地安装在内上冲头8b的周围，外圆周斜齿p形成在外上冲头8a的外圆周上。

中间板5装有一中间模具10，该模具可绕其中心轴转动。在中间模具10的内圆周上形成有多个内圆周斜齿r。

通常，调整中间模具10的这些内圆周斜齿r使其与外下冲头7a的外圆周斜齿p啮合，内圆周斜齿r的上部形成一其中装填粉末材料的凹形部分。

并且，当上冲头8向下移动时，外上冲头8a的外圆周斜齿q能与中间模具10的内圆周斜齿r啮合。从而调整外上冲头8a的相角的相角导向11与外上冲头8a的外圆周斜齿q啮合。

例如，如图8所示，相角导向11上设置有多个适于与外上冲头8a的外圆周斜齿q啮合且相对于导向板12可转动安装的内圆周斜齿s。正如下面的描述，用相角调整螺栓13锁定与相角导向11整体形成的导向件11p。

在这种粉末材料压制设备1中，如图1所示，下冲头7上的凹形部分装填有粉末材料G。上冲头8向下移动，使外上冲头8a的外圆周斜齿q与中间模具10的内圆周斜齿r啮合。当上冲头8继续向下移动时，中间模具10和外上冲头8a轴向转动，以便避免齿的干涉。然后，当约420吨的压力施加给上冲头8以完成粉末压制过程时，施加到上冲头8上的压力减小到约4吨，以使压制产品固定在合适的位置。中间板5继续向下移动使压制产品从中间模具10中脱出，此后，移走压制产品。

在这种方法中，压制齿轮的斜齿的螺旋角可以形成得很深，或者说齿廓可以很薄。在约420吨的压力施加到压制过程的粉末材料之后，当中间模具10被脱模时，在齿的某些部分容易产生裂纹。

下面将参照图2和4解释裂纹产生机理。

如图2所示，当外上冲头8a将约420吨的压力施加到在外下冲头7a上的粉末材料G时，相角导向11在螺旋角的作用下受到一个侧向力F₁。因此，相角导向11的相角转移，使外上冲头8a接触中间模具10的侧面并在上面施加压力，从而在中间模具10上形成一侧向力F₂。

在这里，当压制粉末材料时，外上冲头8a、压制产品Ga和中间模具10之间的关系按时间顺序显示在图3中。在图3(a)中，开始压制粉末材料后，首先由外上冲头8a施加约420吨的压力。然后，如图3(b)所示，外上冲头8a接触中间模具10的侧面并在上面施加压力，从而受到中间模具10的支撑。

然后，当粉末压制过程完成后，外上冲头8a上的压力减少到约4吨，变成图3(c)的状态。外上冲头8a仍然接触中间模具10的侧面并在上面施加压力，中间模具10受到侧向力。

随后，用约4吨的夹持力夹持压制产品Ga，中间模具10开始向下移动，如图3(d)所示。

如图3(e)所示，中间模具10脱离外上冲头8a。当它继续向下移动与压制产品Ga脱离开时，外上冲头8a和压制产品Ga在横向相对移动。如图4(a)所示，压制产品Ga的上表面受到外上冲头8a的压制表面的拖动，因此，在齿的一部分中会产生裂纹，如图4(b)所示。

即，当外上冲头8a施加压力时，相角导向11受到侧向力，使相角产生移动。随后，当中间模具10解除与压制产品Ga的啮合时，外上冲头8a和压制产品Ga在横向产生相对位移。因此，压制产品Ga的上表面撬起，好象被外上冲头8a拖动一样。这就是裂纹c产生的原因。

为了弄清楚上述裂纹产生机理并避免裂纹的产生，本发明的发明人设想，当中间模具脱开时，强制外上冲头8a的位置返回其原始位置，或者即使当在外上冲头8a和压制产品Ga之间的横向发生相对移动，压制产品Ga的表面也不受到拖动。这样，就完成了本发明。

图5-7显示了一改进的外上冲头8a的端部结构，从而当中间模具10脱离开压制产品Ga时，即使在外上冲头8a和压制产品Ga之间的横向发生相对移动时，压制产品Ga的表面也不受到拖动。

按照本结构，在外上冲头8a的压制表面设置了具有倾斜角α的逸出表面，从而当中间模具10脱离开压制产品Ga时，即使在压制产品Ga和外上冲头8a之间发生相对横向移动，压制产品Ga的上表面也不受到拖动。

即，如图5所示，逸出表面沿这样一方向倾斜使得当产生横向移动时，外上冲头8a与压制产品Ga脱离开，在最佳实施例中，倾斜角α设为8°，外上冲头8a的具体的端表面显示在图6中。

图6(a)是外上冲头8a的压制表面的平面图，图6(b)是沿(a)的线B-B截取剖面图，图6(c)是沿(a)的线C-C截取剖面图。

逸出表面从齿根到齿顶延伸形成。由于用上述的这样的外上冲头8a压制粉末材料，压制产品Ga的齿廓以图7中不包括虚线所示部分的形状，即以实线所示的形状形成。

在逸出表面部分和其余部分之间形成一高度差d(台阶部分)，但该高度差d是弧形的，以避免应力集中。

利用该逸出表面，当中间模具10脱离开压制产品Ga时，即使在外上冲头8a和压制产品Ga之间发生相对横向移动，也可以控制外上冲头8a的压制表面拖动压制产品Ga的上表面所导致的麻烦。

接下来，当压制粉末材料后卸去压力时，强制外上冲头8a返回其原始位置。将参照图8-10说明这种具体结构的一个例子。

图8是传统相角导向的示意图。图9是本发明第一结构实例的示意图，图10是本发明第二结构实例的示意图。

如图8所示的传统的相角导向11如上所述的转动安装在导向板12上。在两个位置固定安装在相角导向11上的导向件11p分别由一对相角调节螺栓13设定和锁定在两侧的位置。

设置相角导向11的内圆周斜齿s与外上冲头8a的外圆周斜齿q啮合，从而能调节外上冲头8a的外圆周斜齿q和中间模具10的内圆周斜齿r之间的相角。通过旋紧和旋开相角调节螺栓13进行相角调节。然而，在这样一种锁定机构中，在压制粉末材制过程中相角导向11受到来自外上冲头8a的侧向力，从而引起相角转移。因此，从上述说明显而易见，当中间模具10脱开时将会引起侧向移动(相角转移)。

当中间模具10脱开时，为了强制外上冲头8a返回其原始位置，在图9所示的结构实例中，导向件11p的伸出部分倾斜以与楔形件15接合。在驱动源(未显示)的作用下楔形件15在箭头指示的方向移动，从而可以改变相角导向11的相角。

一对受力件16设置在楔形件15的两侧，用于引导楔形件15的移动，并且当侧压力施加到楔形件上时增强其强度。

例如，当压力施加到外上冲头8a时，向图9中的右受力件16施加侧向压力。在这种情况下，从外上冲头8a的压力减小时开始到中间模具10脱开时，在驱动源(未显示)的作用下楔形件15向后移动。然后，导向件11p向左移动通过楔块装置的中间，从而能强制外上冲头8a返回其原始位置。

按照这种布置，当中间模具10脱离开压制产品Ga时，可以控制在外上冲头8a和压制产品Ga之间的相对横向移动的产生。

图10是外上冲头8a的相角经过螺栓装置的中间返回到原始位置的另一结构实例。

在这种情况下，螺栓件17设置在一侧，压件22在另一侧。所述件17和22适于用作受力件，当压力施加到外上冲头8a时，接受通过导向件11p施加的侧压力。螺栓件17在其底侧通过一支架18与液压杆20的末端相连。液压杆20的前后运动使螺栓件17前进和后退，而由一锥形盘簧21偏压的压件22靠在导向件11p上。

螺栓件17接受施加到外上冲头8a的压力。从外上冲头8a的压力减小到中间模具10脱开，通过移动液压杆20螺栓件17向前移动，以向左移动导向件11p，从而强制外上冲头8a的相角返回其原始位置。

因此，可以控制在外上冲头8a和压制产品Ga之间产生的相对横向移动，并可有效地阻止裂纹的产生。

如上所述，按照本发明，提供了在外上冲头8a的压制表面上的逸出表面，并提供了相角导向11(外上冲头8a)的强制复位机构。因此，可以充分利用上述的组合，从而获得双重效果和有效地阻止裂纹的生成。

尽管已经显示和详细描述了本发明的某些最佳实施例，但本发明不限于此，在所附权利要求的范围内可以其它各种方式实施。因此还可以明确，任何利用基本相同的结构、实现相同功能以获得相同结果的通过压制粉末材料制造斜齿轮的方法都将落在与所要求保护的发明相同的技术范围内。

例如，可以采用外上冲头8a的压制表面的逸出表面或强制外上冲头8a复位的机构之一。还要提醒的是，强制外上冲头8a复位的具体机构只是一个例子，可以利用其它方法进行改进。

如上所述，本发明的通过压制粉末材料制造斜齿轮的方法，其特征在于，当上冲头施加压力压制粉末材料后中间模具脱开时，强制修正了在相角导向上产生的横向位移，使相角导向返回其原始位置。因此可以减小作用在压制产品上的撬起力，并控制裂纹的可能产生。

而且，上冲头的压制表面具有一逸出表面，当在上冲头和压制产品之间产生相对横向移动时，该表面用于减小在压制产品上产生的上冲头的滑动接触力。因此，可以减小作用在压制产品上的撬起力，并控制裂纹的产生。

进一步，如果将强制上冲头复位的机构和在上冲头上设置逸出表面结合起来，就可以更有效地控制裂纹的产生。

Claims (3)

1．一种通过压制粉末材料制造斜齿轮的方法，包括步骤：

使具有内圆周斜齿的中间模具与具有外圆周斜齿的下冲头啮合；

将粉末材料装入下冲头和中间模具形成的凹形部分；

沿相角导向向下移动具有外圆周斜齿的上冲头与中间模具啮合，其中通过施加压力压制粉末材料；

以一预定的夹持力在上下冲头之间夹持压制产品；

使中间模具向下脱开压制产品；

其特征在于，当中间模具脱开时在相角导向上产生的横向位移得到修正，从而使相角导向返回其原始位置。

2．一种通过压制粉末材料制造斜齿轮的方法，包括步骤：

使具有内圆周斜齿的中间模具与具有外圆周斜齿的下冲头啮合；

将粉末材料装入下冲头和中间模具形成的凹形部分；

沿相角导向向下移动具有外圆周斜齿的上冲头，以与中间模具啮合，其中通过施加压力压制粉末材料；

以一预定的夹持力在上下冲头之间夹持压制产品；

使中间模具向下脱开压制产品；

其特征在于，在上冲头的压制表面形成有一逸出表面，当中间模具脱开并在上冲头和压制产品之间产生横向移动时，该逸出表面用于减小上冲头相对于压制产品产生的滑动接触力。

3．一种通过压制粉末材料制造斜齿轮的方法，包括步骤：

使具有内圆周斜齿的中间模具与具有外圆周斜齿的下冲头啮合；

将粉末材料装入下冲头和中间模具形成的凹形部分；

沿相角导向向下移动具有外圆周斜齿的上冲头，以与中间模具啮合，其中通过施加压力压制粉末材料；

以一预定的夹持力在上下冲头之间夹持压制产品；

使中间模具向下脱开压制产品；

其特征在于，当中间模具脱开时在相角导向上产生的横向位移得到修正，从而使相角导向返回其原始位置；和

在上冲头的压制表面具有一逸出表面，当中间模具脱开并在上冲头和压制产品之间产生横向移动时，该逸出表面用于减小上冲头相对于压制产品产生的滑动接触力。

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