CN201558876U - 在齿轮坯料中挤压形成螺旋齿的设备 - Google Patents

在齿轮坯料中挤压形成螺旋齿的设备 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种在齿轮坯料中挤压形成螺旋齿的设备，该设备包括：用于支承所述齿轮坯料的模座；相对于模座沿着轴线移动的压力机；与所述轴线对齐的心轴，所述心轴可与压力机一起沿着所述轴线移动，并包括具有螺旋模具齿的表面；以及可驱动地连接到所述心轴的伺服电机，用于当所述心轴相对于齿轮坯料轴向移动时使所述心轴围绕所述轴线旋转。本实用新型的设备可以有效可靠地挤压形成内螺旋轮齿和外螺旋轮齿而不用使用引导件控制心轴通过工件材料的螺旋路径。

Description

在齿轮坯料中挤压形成螺旋齿的设备
技术领域
本实用新型主要涉及形成花键齿或者轮齿的设备，尤其涉及在齿轮坯料中挤压形成螺旋齿的设备。
背景技术
尽管螺旋轮齿较难形成，但是用于汽车变速器的类型的行星齿轮组包括具有内螺旋齿的环形齿轮，而不是直齿轮。为了正确执行其功能，内轮齿必须以非常准确的尺寸和间隔形成。
螺旋齿可以通过拉削(broaching)形成，拉削是一种切削工艺，其中具有切削齿的大型拉刀(broaching bar)从齿轮坯料中穿过，以形成轮齿。拉削是一种高花费的工艺，需要在专用机器、导杆(lead bar)、切削工具和切削油上进行大量的投资。拉削仅可用于在前后轴向上都易接近的部分，因为长的拉刀必须从齿轮坯料中穿过以切削形成轮齿。
螺旋齿可通过另一种用于制造内螺旋齿的切削工艺，即插齿(gear shaping)形成。虽然它是一种比拉削慢的工艺，但它可用于形成封闭端(blind end)以及贯通部件(through parts)用于高容量生产。即便如此，该工艺也需要在昂贵的机器和切削工具上的投资。
螺旋齿可由冷挤压形成，其中轮齿成形到部件中，而不是在部件中切割出轮齿。形成有外螺旋模具齿的精密磨光的、硬化的心轴推进到工件中，该工件的内表面形成有模具齿的负轮廓。当挤压形成螺旋齿时，必须引导心轴在螺旋路径中通过工件。这种引导结合了轴向平移和围绕中心轴线的旋转。
根据常规的实践，螺旋环齿轮的挤压需要特定的螺旋引导件(helical leadguide)作为每个工具组(tool set)的一部分以便以合适的螺旋角生产轮齿。引导件是模组中昂贵且大型的元件并必须机械加工成精确的尺寸。该引导机构需要占据模组的垂直高度的大部分(significant portion)，并增加了液压机的总体尺寸。引导件和拉刀必须计算在所生产的每个产品的物料量(inventory)中。
在金属成形工业中存在一种需要，即对用于挤压形成内螺旋轮齿和外螺旋轮齿而不用使用引导件控制心轴通过工件材料的螺旋路径的有效可靠的技术的需要。
实用新型内容
本实用新型的目的包括提供一种在齿轮坯料中挤压形成螺旋齿的设备，该设备可以有效可靠地挤压形成内螺旋轮齿和外螺旋轮齿而不用使用引导件控制心轴通过工件材料的螺旋路径。
在本实用新型的一个方面，提供一种在齿轮坯料中挤压形成螺旋齿的设备，该设备包括：用于支承所述齿轮坯料的模座；相对于模座沿着轴线移动的压力机；与所述轴线对齐的心轴，所述心轴可与压力机一起沿着所述轴线移动，并包括具有螺旋模具齿的表面；以及可驱动地连接到所述心轴的伺服电机，用于当所述心轴相对于齿轮坯料轴向移动时使所述心轴围绕所述轴线旋转。
在本实用新型的另一方面，提供一种在齿轮坯料中挤压形成螺旋齿的设备，该设备包括：用于支承所述齿轮坯料的模座；相对于模座沿着轴线移动的压力机；与所述轴线对齐的心轴，所述心轴可与压力机一起沿着所述轴线移动，并包括具有螺旋模具齿的表面；以及可驱动地连接到所述心轴的伺服电机，当所述心轴相对于齿轮坯料轴向移动时所述伺服电机使所述心轴围绕所述轴线旋转，伺服电机配置为链接到控制心轴的轴向运动和径向力的计算机，进而使心轴的旋转与压力机驱动相协调并消除对机械引导件的需要。
伺服电机和控制器提供一些优点，尤其在挤压形成具有小尺寸的螺旋齿的工艺中，包括：尺寸更小从而需要的模具开口高度减小；在挤压形成各齿轮时有更快的循环周期；通过对控制器编程以控制以多种不同的螺旋齿和螺旋角的齿轮挤压从而具有功能上的灵活性；在不同产品、用于监控挤压工艺的传感器中进行快速的模具变换；并减少挤压模具和液压机的成本。
伺服电机可被编程为通过当液压机在向下方向驱动时产生旋转扭矩以允许更好地控制产生精密成形的齿轮齿廓所需的力来辅助挤压工艺。
另外，引导件被计算机控制的电子伺服机构或者液压伺服机构替代，该伺服机构可提供心轴的合适的旋转，以产生所加工的齿轮所需的螺旋齿轮几何形状(geargeometry)。伺服机构比固定的引导件更小且可编程用于多种不同的螺旋齿轮螺旋升角(lead angle)。
伺服控制装置链接到控制心轴的轴向运动和径向力的计算机，进而使心轴的旋转与压力机驱动序列相协调并消除对机械引导件的需要。
优选的实施例的应用范围通过下面的具体实施方式和附图及本申请的权利要求将变得明晰可见。应当理解，详细说明和特定示例尽管表示本实用新型优选的实施例，但是仅以举例的方式给出。对所描述的实施例和示例的各种变化和修改对本领域技术人员来说将变得明晰可见。
附图说明
图1是配备有用于在齿轮坯料上形成内螺旋轮齿的伺服电机的挤压机的正视图；
图2是用于图1的挤压机的心轴的正视图；以及
图3是用于在齿轮坯料中形成外螺旋轮齿的心轴和模座的正视图。
具体实施方式
参考下面的具体实施方式结合附图，本实用新型将更容易理解。
参考图1和图2，安装在液压机14中的挤压模具总成12包括置于液压机14的底座部分18上的下模板16以及上模板20。模具导柱24在上模板20和下模板16之间延伸。各模具导柱24的一端固定在上模板20上。各模具导柱24的相对端具有附在其上的球轴承保持架26。导套28附于下模板16上，各导套28与一个球轴承保持架26对齐。球轴承保持架26伸缩地滑进其各自的导套28以允许上模板20相对于下模板16轴向移动，最小化摩擦力并保持两个模板16，20相互平行。模具总成12与轴线29同心并沿着轴线29平移。
导柱24上引导的托板30固定于上模板20，用于与上模板20沿着轴线29的移动。心轴32由螺栓34固定至托板30，螺栓34穿过心轴32的中间的孔36并接合托板30内的螺纹(tapped screw thread)。销38接合托板30中的定位销孔40和心轴32中对应的定位销孔42。心轴32形成有外部模具齿(external die teeth)46、引导表面47、和单个级48且优选地为多级步进心轴(multiple-step mandrel)。模具齿46的螺旋角与将要从工件形成的齿轮中所期望的螺旋角相同。
安装在下模板16上的负载元件(load cell)50，包括安装在其中并电连接至控制器的力传感器。负载元件50感测在成形操作中施加到其上的负荷量和扭矩量。为了控制成形工艺，力传感器用于控制伺服装置提供的下压运动和旋转扭矩两者。如果负荷超出这些参数的预定范围，液压机14将停止成形操作以便可以检查压力装置。负载元件50是可选的，如果期望，没有这个部件也可以执行挤压工艺。
模座52安装在负载元件50上。安装在模座52上的固定环54具有圆柱形的中央腔。硬化的套管嵌件(sleeve insert)56安装在固定环54中并围绕工件齿轮坯料58。在成形工艺中模座52轴向地支承齿轮坯料58。固定环54，套管嵌件56以及齿轮坯料58与轴线29和心轴32同心定位。齿轮坯料58形成有与轴线29对齐的圆柱形中心空腔53。
齿轮坯料58包括环形的、具有控制的直径的圆筒状表面，内螺旋轮齿在成形工艺中将在该表面中被挤出。图1示出环形齿轮坯料58插入到套管嵌件56。
伺服电机90固定在上模板20上，面向心轴32，并具有可驱动地连接至心轴的轴(shaft)，以便响应于控制器92产生的控制信号使伺服电机的电枢以及心轴作为一个单元围绕轴线29旋转。
由负载元件50产生并表示液压机14的挤压力、扭矩和速度的大小的电子信号94作为输入提供至控制器92。电子信号96由传感器98产生，表示心轴32以及伺服电机90的转子从参考位置围绕轴线29的角位移，且伺服电机90的速度作为输入被提供到控制器92。由传感器102产生的电子信号100表示工件58从参考位置围绕轴线29的角位移，也作为输入被提供给控制器92。
控制器92优选地包括互相通信并在数据总线112上具有输出110的电子微处理器104、电子存储器106、以及信号调理电路108。存储器包括控制算法，该控制算法使用由输入信号表示的变量执行，并编程为生产多种不同的螺旋齿轮螺旋升角并根据与压力机14的期望状态的偏离连续调节。
控制信号114被从控制器92的输出110传送到伺服电机控制装置(未示出)，伺服电机控制装置响应于控制器92的控制信号输出驱动伺服电机90围绕轴线29旋转。类似地，控制器92使模具总成12沿着轴线29垂直地平移。
挤出模具总成12用于以引导精度(lead accuracy)的紧密控制在齿轮坯料58中形成内螺旋齿的冷挤出工艺。
在操作中，齿轮坯料58插入到环形嵌件56中，液压机14启动并在模具导柱24引导下推动上模板20向下模板16移动。
该轴向平移将心轴32向齿轮坯料58带动，以便使引导表面(lead surface)47进入工件58的中心开口53。伺服电机90促使心轴32围绕轴线29旋转至期望的角位置，在该期望的角位置心轴32的外表面上的螺旋模具齿46首先接触齿轮坯料工件58。当心轴32在其期望的角位置时，液压机14被驱动以持续其轴向路径，伺服电机90被驱动以与其轴向路径的速度相关的速度旋转，以便在工件58中以期望的螺旋角形成内轮齿。
心轴32上的模具齿46接合齿轮坯料58的内表面并当被挤进齿轮坯料时向下以螺旋运动的方式移动进入工件的材料，进而形成螺旋轮齿。当达到完成的齿轮的预定深度时，液压机14停止挤压上模板20，并缩回上模板20和心轴32。伺服径向力用于在压力机和模具的向上行程(upper stroke)期间形成齿轮齿面。
这种移动引起心轴32向上缩回并从模座52表面提升工件58。固定在模座52上的箱式脱模器(box stripper)120接触工件58的上表面122，从心轴32上分离工件58并允许心轴从挤出的齿轮缩回。缩回运动在插入运动之后。
完成的环形齿轮然后从压力机14移除，另一个齿轮坯料58在重复成形工艺之前被插入其位置。因为压力机14的行进距离很短，循环周期时间短，生产能力比现有技术显著增加。
尽管参考外螺旋心轴齿46在工件58上用于在坯料58上挤压形成内齿来描述挤压过程，但是如果将要在工件158上挤压形成外螺旋齿，如图3所示，则心轴132形成为具有中心圆柱形空腔153，围绕工件158的外表面并与轴线29对齐。工件158的内表面由圆柱形插销160支承。心轴132的内表面形成为螺旋模具齿146。伺服电机90可驱动连接到心轴132并当压力机14轴向推动模具齿146进入并通过工件158的壁时旋转心轴，因而在工件或者齿轮坯料158的外表面上形成外螺旋齿轮齿。
根据专利法规定，描述了优选实施例。但是应当理解除明确图示和描述的之外，替代的实施例也可以实施。

Claims (6)

1.一种在齿轮坯料中挤压形成螺旋齿的设备，其特征在于，包括：
用于支承所述齿轮坯料的模座；
相对于模座沿着轴线移动的压力机；
与所述轴线对齐的心轴，所述心轴可与压力机一起沿着所述轴线移动，并包括具有螺旋模具齿的表面；以及
可驱动地连接到所述心轴的伺服电机，当所述心轴相对于齿轮坯料轴向移动时所述伺服电机使所述心轴围绕所述轴线旋转。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述螺旋模具齿位于所述心轴的外表面；以及
所述设备还包括支承于模座上、具有与所述轴线同心的空腔并可以在所述空腔中接收齿轮坯料的环。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，
所述螺旋模具齿位于所述心轴的内表面；
所述齿轮坯料具有与所述轴线同心的空腔；以及
所述设备还包括支承在模座上并位于所述齿轮坯料的空腔中的模具。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述螺旋模具齿位于所述心轴的外表面；以及
所述设备还包括：
支承在模座上、具有与所述轴线同心的空腔并可在空腔中接收齿轮坯料的环；以及
脱模器，所述脱模器固定并定位为在齿轮坯料中挤出形成螺旋模具齿之后接触所述齿轮坯料并从所述心轴分离所述齿轮坯料。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括：
控制器，所述控制器配置为控制所述心轴和伺服电机的旋转，控制心轴至齿轮坯料的轴向移动，协调所述旋转和所述轴向移动，以便所述心轴在齿轮坯料中挤出形成具有期望螺旋角的螺旋模具齿。
6.一种在齿轮坯料中挤压形成螺旋齿的设备，其特征在于，包括：
用于支承所述齿轮坯料的模座；
相对于模座沿着轴线移动的压力机；
与所述轴线对齐的心轴，所述心轴可与压力机一起沿着所述轴线移动，并包括具有螺旋模具齿的表面；以及
可驱动地连接到所述心轴的伺服电机，当所述心轴相对于齿轮坯料轴向移动时所述伺服电机使所述心轴围绕所述轴线旋转，伺服电机配置为链接到控制心轴的轴向运动和径向力的计算机，进而使心轴的旋转与压力机驱动相协调并消除对机械引导件的需要。
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