CN201632722U - 在工件中挤压齿的系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及在工件中挤压齿的系统，包括支撑在第一压力机上且包括第一冲模齿的第一心轴，所述第一冲模齿在第一冲模齿由第一压力机挤压到工件中时在工件上产生部分成型的齿；支撑在第二压力机上且包括第二冲模齿的第二心轴，所述第二冲模齿在第二冲模齿由第二压力机挤压到工件中时在工件上产生完全成型的齿；及配置为支撑且从第一压力机输送工件到第二压力机的传递系统。通过本实用新型，可以产生完全的齿形并以高生产率形成复杂的渐开线几何尺寸，最小化齿轮齿噪声，减少摩擦，且改进性能。

Description

在工件中挤压齿的系统
技术领域
本实用新型总体上涉及挤压齿，如齿轮齿或花键齿的系统，更具体地涉及在工件中如齿轮坯料中挤压螺旋齿的系统。
背景技术
在自动变速器中使用的类型的行星齿轮装置包括具有内螺旋齿而不是直齿的齿圈，虽然螺旋齿轮齿更难以形成。内齿轮齿必须形成有非常精确的尺寸和间隔以正确地执行。
加工螺旋齿需要昂贵的工具和设备。当前形成螺旋齿的工艺包括铰削(broaching)、仿形切割(shaper cutting)、磨削(grinding)及铣削(hobbing)，所有这些都是较慢的过程且需要成本昂贵的设备。
内花键或螺旋齿的反挤压较快，但有时在一次操作中不能产生要求的尺寸精度的复杂的渐开线齿廓。常规的反挤压技术产生的齿廓在大多数齿形中满足齿廓的精确度，但是由于较难的几何形状或在成型过程中不能用金属填充特定体积而在特定区域内不能满足规定的要求。
变速器传动装置产生的噪声源是由服务操作中在齿轮之间齿-齿相互作用生成。噪声源由齿圈的失圆状况和配合齿轮齿的表面特征导致。
具有类似表面加工(finish)的齿轮产生导致可听噪声的振动。为减少噪声，齿轮制作者力求实现非常光滑和精确的齿面。齿轮齿的加工成本随着减少可听齿轮噪声的努力增加而增加。齿轮加工工艺，如铣削、铰削及磨削，都产生具有作为过程特征和类似齿-齿的齿面的齿轮。
在金属成型工业中需要以高生产率形成齿轮齿的方法，该齿轮齿具有满足尺寸和公差的精确的精度标准的完全成型的齿廓，且该方法在每个齿上产生不同于配合齿的表面加工的随机和不规则的表面加工。
实用新型内容
本实用新型的目的包括提供一种可减少噪声并以高生产率形成齿轮齿的在工件中挤压齿的系统。
本实用新型提供一种在工件中挤压齿的系统，该系统包括支撑在第一压力机上且包括第一冲模齿的第一心轴，所述第一冲模齿在第一冲模齿由第一压力机挤压到工件中时在工件上产生部分成型的齿；支撑在第二压力机上且包括第二冲模齿的第二心轴，所述第二冲模齿在第二冲模齿由第二压力机挤压到工件中时在工件上产生完全成型的齿；及配置为支撑且从第一压力机输送工件到第二压力机的传递系统。
所述传递系统包括：第一工位，在第一工位处工件放置在梭件上；及配置为移动梭件从第一工位到在第一压力机的第二工位的第一驱动器。
所述传递系统包括：配置为移动梭件从在第一压力机的第二工位到在第二压力机的第三工位的第二驱动器。
所述传递系统包括：配置为移动梭件从在第二压力机的第三工位到第四工位的第三驱动器。
所述传递系统包括：第四工位，在第四工位处工件从梭件移除；及配置为移动梭件从第四工位到第一工位的第四驱动器。
在工件中挤压齿包括提供每个具有一组冲模齿的第一冲模和第二冲模，使用第一压力机通过挤压第一冲模齿到工件中在工件上产生部分成型的齿，使用第二压力机通过挤压第二冲模齿到工件中在工件上产生完全成型的齿。
附图说明
特定的自动变速器齿轮如螺旋齿圈由于渐开线齿廓通过挤压难以成型。多步骤挤压使产生完全的齿形成为可能并以高生产率形成复杂的渐开线几何尺寸，这使用传统的齿轮加工技术难以或不可能达到。
挤压表面的加工随着齿-齿不同或在成品的周围区域不同而变化。这给设计者提供了机会结合具体的表面特征以最小化齿轮齿噪声和提供能够填充润滑剂减少摩擦的表面特征或产生非对称齿廓以改进性能。
根据本文的具体实施方式、权利要求及附图，优选实施例的适用范围将变得直观。应理解说明和具体的示例，尽管指示本实用新型的优选实施例，但仅通过示例给出。描述的实施例和示例的各种改变和修改对本领域技术人员而言是显而易见的。
参考本文说明结合附图将更容易理解本实用新型。
图1是在齿轮坯料上形成内螺旋齿轮齿装备有伺服马达的挤压压力机的前视图；
具体实施方式
图2是在图1的挤压压力机中使用的心轴的前视图；
图3是用来在齿轮坯料中挤压外螺旋齿轮齿的心轴和冲模底座的前视图；
图4是在齿轮坯料上形成螺旋齿轮齿的两个挤压压力机的前视图；
图5是运输齿轮坯料往返图4的挤压压力机的梭件(shuttle)运行的路径中的四个工位的俯视图。
现参考图1和图2，安装在液压压力机14中的挤压总成12包括放置在压力机14的底座部分18上的下冲模板16和上冲模板20。冲模导向柱24在上冲模板20和下冲模板16之间延伸。每个冲模导向柱24的一端固定到上冲模板20；每个冲模导向柱24的相对端具有连接到其上的球轴承保持架26。导向衬套28固定到下冲模板16上，每个导向衬套28与一个球轴承保持架26对准。球轴承保持架26伸缩地滑动到其相应的导向衬套28中以允许上冲模板20相对于下冲模板16的轴向运动，最小化摩擦并保持两个冲模板16、20相互平行。总成12与轴29同心并沿着轴29平移。
在导向柱24上导向的支撑板30固定到上冲模板20以沿着轴29与上冲模板20一起垂直运动。心轴32通过螺栓34固定到支撑板30，螺栓34滑动通过在心轴32的中心的孔36且接合支撑板30中的内螺纹。销钉38与在支撑板30中的销钉孔40和在心轴32中的对应的销钉孔42配合。心轴32形成有外冲模齿46、导向表面47、及单个阶梯48，这优先于多阶梯心轴。若形成有内螺旋齿轮齿或外螺旋齿轮齿的工件58具有难以在单个阶梯中成型的特征，则需要多阶梯心轴，因为这具有增加精确度的多组齿以更精确地分配工件材料到期望的形状。这还有助于延长冲模齿的寿命。冲模齿46的螺旋角与从工件形成的齿轮中期望的相同。
安装在下冲模板16上的负载元件(load cell)50包括安装在其中且电连接到控制器的力传感器。负载元件50感测在成型过程中施加到其上的荷载量和扭矩量。若荷载在这些参数的预定范围之外，压力机将停止成型操作以便检查压力机设备。若期望的话，负载元件50是选择项，没有这种设备也可以控制挤压过程。
安装在负载元件50上的为冲模底座52。安装在冲模底座52上的保持环54具有圆柱形中心孔。安装在保持环54中的淬火轴套插件56环绕工件齿轮坯料58。在成型过程中冲模底座52轴向上支撑齿轮坯料58。保持环54、轴套插件56及齿轮坯料58与轴29和心轴32同心。齿轮坯料形成有与轴29对准的圆柱形中心孔53。
典型的齿轮坯料58包括精确内径的环形壳体，其中在成型过程中挤压内螺旋齿轮齿，凸缘60在齿轮坯料58的封闭端从内径突起。图1示出插入到轴套插件56中的齿轮坯料58。
固定到上冲模板20的伺服马达90面向心轴32且使其轴可驱动地连接到心轴，以便伺服马达和心轴响应于控制器92产生的控制信号作为一个元件围绕轴29旋转。
由负载元件50产生且表示挤压力和扭矩的大小及压力机14的速度的电子信号94作为输入提供到控制器92。传感器98产生的表示心轴32和伺服马达90的转子围绕轴29与参考位置的角位移及马达90的速度的电子信号96作为输入供应到控制器92。由传感器102产生的表示工件58围绕轴29与参考位置的角位移的电子信号100也作为输入提供到控制器92。
控制器92优选地包括电子微处理器104、电子存储器106、及通过数据总线112相互通信且与输出110通信的信号调节回路。该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从控制器92的输出110输送到伺服马达控制(未示出)，这响应于控制器92产生的控制信号驱动伺服马达90围绕轴29旋转。类似地，控制器92促使总成12沿着轴29垂直地平移。
在冷挤压过程中使用挤压总成12用于在齿轮坯料58中形成内螺旋齿，具有严格的导向精度控制。
在操作中，齿轮坯料58以其开口端面向心轴32插入到环形插件56中。液压压力机14驱动且促使上冲模板20向下朝向下冲模板16，由冲模导向柱24导向。
轴向平移带动心轴32朝向齿轮坯料58以便导向表面47进入到工件58中的中心开口53中。伺服马达90促使心轴32围绕轴29旋转到期望的角位置，在期望的角位置上在心轴32的外表面上的螺旋冲模齿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，驱动液压压力机14继续其轴向平移，驱动伺服马达90以相关于其轴向平移的速度旋转，以便在工件58上以期望的螺旋角形成内齿轮齿。
在受力进入齿轮坯料中时，在心轴32上的冲模齿46接合齿轮坯料58的内表面且以编程的伺服马达提供的螺旋运动向下移动到工件的材料中。当达到加工完成的齿轮齿的预定深度时，液压压力机14停止在上冲模板20上冲压且收回上冲模板20和心轴32。伺服马达倒转心轴的螺旋运动且在不完全形成有压力机滑块(press ram)的向下运动的齿轮侧面的相对侧施加成型力。
该运动促使心轴32向上收回并从冲模底座52的表面升起工件58。固定到冲模底座52的箱体退料板120接触工件58的上表面122促使其离开心轴32且允许心轴从挤压的齿轮收回。收回运动精确地跟随插入，从而减少从加工完成的齿圈中移除心轴32中任何齿轮齿的裂口或变形的风险。
加工完成的齿圈然后从压力机14中移除，另一个齿轮坯料58插入到位置中以准备重复成型过程。因为压力机14的行进距离较短，循环周期的长度为较短时间，生产能力实质上在常规的技术上增加。
虽然参考用来在工件58上挤压内齿的在工件58上的外螺旋冲模齿46描述了挤压过程，如图3所示，若在工件158上挤压外螺旋齿轮齿，心轴132形成有中心圆柱形孔153，这围绕工件158的外表面且与轴29对准。工件158的内表面由位于工件的中心圆柱形孔53中的圆柱形塞160支撑。心轴132的内表面形成有螺旋冲模齿146。伺服马达90可驱动地连接到心轴132且当压力机14促使冲模齿146轴向上进入和通过工件158的侧壁时，转动心轴到需要的螺旋齿轮齿角度，从而在工件或齿轮坯料158的外表面上形成外螺旋齿轮齿。
为获得一致满足尺寸要求的挤压齿轮，使用多步骤成型过程。图4和图5示出包括第一液压压力机170和第二液压压力机172的多工位挤压操作，在第一液压压力机170中半完成的螺旋齿形成在齿轮坯料58、158上，在第二液压压力机172中齿完全成型且在齿的侧面产生不规则表面加工。压力机170、172基本上等同于如图1所示的包括伺服马达90的液压压力机。
第一压力机170在第一步骤中在齿轮坯料58、158上部分地形成齿。传递线路然后将下冲模移动到第二工位，这在第一步骤之后的第二步骤中完全成型挤压的表面。
图5示出在梭件工位174、175、176、177之间的齿轮坯料58、158的运动，当通过梭件机构驱动时，这保持齿轮坯料的位置和方位满足最终产品要求的需要。
齿轮坯料58、158的定位相对于轴29和形成心轴180、182保持不变且通过附加可移动梭件184到压力机170、172，梭件184形成有孔186、187，其中的每个与下冲模板16中的相应的孔188、189对准。支撑板30带动从其下表面悬垂的销190、191。当压力机170的上冲模板20足够降低，销190进入对准的孔186和188。当压力机172的上冲模板21足够降低，销191进入对准的孔187和189。
在操作中，齿轮坯料58、158在荷载梭件工位174处放置在梭件184上，驱动活塞液压缸总成202以移动梭件到在压力机170的第二工位175。保持环54和淬火轴套56放置在齿轮坯料58周围，或塞160插入到坯料158的孔53中，取决于是挤压内螺旋齿轮齿还是外螺旋齿轮齿。上冲模板20降低，心轴180的冲模齿178在部分形成螺旋齿轮齿的齿轮坯料的表面中的半完成状态中挤压，心轴180从坯料中升起。
然后驱动第二活塞液压缸总成204以移动梭件184到在压力机172的第三工位176。压力机172的上冲模板21降低，心轴182的冲模齿206在形成螺旋齿轮齿的齿轮坯料58、158的表面中的完全成型状态中挤压，心轴182从坯料中升起。
驱动第三活塞液压缸总成208以移动梭件184到未荷载梭件工位177，其中齿轮坯料58、158从梭件184移除。驱动第四活塞液压缸总成210以移动梭件184到荷载梭件工位174，其中第二齿轮坯料放置在梭件上。在工位174-177的每个工位处在第二齿轮坯料上重复相同的过程。
在成型的心轴180、182上的冲模齿178、206基本上是工件中挤压的齿的反向。在心轴上的每个冲模齿在工件上产生对应的齿，至少一些完全成型的挤压齿的侧面是常规表面加工的。
当需要挤压齿的侧面减少齿轮噪声时，可以应用表面条纹如较小的沟槽、刮痕、或通道。为了抵消共振，在完全成型的挤压齿的侧面区域中产生各种不规则的表面加工。例如，在位于围绕轴29从0到90度的角度范围中的齿上，产生的第一表面加工不同于在围绕轴29从180到270度的角度范围中的齿上产生的表面加工。
为了对单个齿或工件58、158上完全成型的挤压齿的角度区域应用具体的加工，心轴182优选地形成在这些区域具有细节的表面。心轴182根据具体的磨削规定磨削，其在围绕轴29的第一角度区域中的冲模齿上设置第一表面加工，且在不同于第一区域的围绕轴29的第二角度区域中的冲模齿上设置不同于第一表面加工的第二表面加工。心轴182挤压到工件58、158中，第一表面加工和第二表面加工在每个相应的区域中传递到挤压齿的侧面。以此方式，在工件上的挤压齿的第一部分将遵从第一表面加工，挤压齿的第二部分将遵从第二表面加工。
或者，为获得相同的低齿轮噪声特征，优选地在工位176或177的挤压齿轮齿的侧面上执行后成型操作如酸蚀处理、激光表面处理、使用磨蚀高压水射流的表面蚀变、喷砂处理或这些的结合。
根据专利法的规定描述了优选的实施例。然而，应注意可以实施不同于具体示出和描述的替代实施例。

Claims (10)

1.一种在工件中挤压齿的系统，其特征在于，包括：
支撑在第一压力机上且包括第一冲模齿的第一心轴，所述第一冲模齿在第一冲模齿由第一压力机挤压到工件中时在工件上产生部分成型的齿；
支撑在第二压力机上且包括第二冲模齿的第二心轴，所述第二冲模齿在第二冲模齿由第二压力机挤压到工件中时在工件上产生完全成型的齿；及
配置为支撑且从第一压力机输送工件到第二压力机的传递系统。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传递系统包括：
第一工位，在第一工位处工件放置在梭件上；及
配置为移动梭件从第一工位到在第一压力机的第二工位的第一驱动器。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传递系统包括：
配置为移动梭件从在第一压力机的第二工位到在第二压力机的第三工位的第二驱动器。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传递系统包括：
配置为移动梭件从在第二压力机的第三工位到第四工位的第三驱动器。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传递系统包括：
第四工位，在第四工位处工件从梭件移除；及
配置为移动梭件从第四工位到第一工位的第四驱动器。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，第一心轴的冲模齿为在第一心轴的冲模齿由第一压力机挤压到工件中时在工件上产生部分成型的螺旋齿的螺旋冲模齿。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，第一心轴的冲模齿为在第一心轴的冲模齿由第一压力机挤压到工件中时在工件上产生部分成型的内螺旋齿的螺旋冲模齿。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，第二心轴的冲模齿为在第二心轴的冲模齿由第二压力机挤压到工件中时在工件上产生完全成型的螺旋齿的螺旋冲模齿。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，第二心轴的冲模齿为在第二心轴的冲模齿由第二压力机挤压到工件中时在工件上产生完全成型的内螺旋齿的螺旋冲模齿。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，
第一压力机还包括配置为在第一冲模齿挤压到工件中时可驱动地连接到第一心轴以围绕轴旋转第一心轴的第一伺服马达；及
第二压力机还包括配置为在第二冲模齿挤压到工件中时可驱动地连接到第二心轴以围绕轴旋转第二心轴的第二伺服马达。
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