CN202490845U - 圆柱直齿轮冷挤压模具 - Google Patents

Abstract

一种圆柱直齿轮冷挤压模具，包括由下模座(21)、上模座(22)、导向柱(25)构成的模架，其特征在于：上模座(22)下面固定有环形模腔(2)，环形模腔(2)中自上而下依次装有底垫，上压头固定套(6)，上压头(7)，上压头锁紧环(8)；下模座(21)上固定有下模腔(13)，下模腔(13)中自下而上依次装有垫块，凹模圈(16)，下压头固定套(15)，下压头(11)，齿模(14)，下凹模(9)，导向套(10)，下垫圈(12)，下垫圈(12)固定在下模腔(13)上；上压头(7)与下压头(11)位于同一轴线上；下模座(21)底部开有轴孔，垫块、下压头固定套(15)上开有月牙孔，顶杆(19)穿过轴孔和月牙孔伸入齿模(14)的模腔中。

Description

圆柱直齿轮冷挤压模具

一、技术领域：

本实用新型属于一种大模数圆柱直齿轮加工技术领域的装置，具体涉及一次成形的圆柱直齿轮冷挤压模具。

二、背景技术：

圆柱直齿轮具有广泛的用途，可用于大功率的电动工具或是机械上的其他组件的传动机构，圆柱直齿轮主要用于重型汽车后桥的行星轮、太阳轮，带动转向器中齿条的方向移动，是重型汽车传动中必不可少的传动件。

圆柱直齿轮现有的加工方法主要为机械切削加工，按照传统的工艺生产，钻孔、粗车内孔、精车，再到齿形拉齿或是插齿，其中就齿形加工而言，平均每个齿形需要花上15-20分钟，内孔的加工除了钻孔以外还要进行扩孔等处理，所以加工一件产品的周期在40分钟左右，且耗材量大，浪费严重，所使用的刀具极易损坏，加工不稳定，而且复杂，工人的劳动强度高，由于切削加工会产生“齿形分度不均匀”等严重缺陷，同时切削加工会导致金属纤维被切断，以致加工出的圆柱直齿轮强度降低，使用寿命缩短。

经过对现有技术的检索后发现，近年来有人采用挤压锻造的方法生产圆柱直齿轮，B.A.Behrens，E.Doege等采用完全闭式模具热挤压锻造成形，见B.A.Behrens，E.Doegeet，Precisinion forging processesfor high duty automotive components(高强度汽车零件生产中的精密锻造工艺)，Journal.of Materials Processing Technology Vol.185(2007)：139146；S.Y.Jung，M.C.Kang等模具中介绍将坯料挤压成直齿轮。上述方法均采用闭式模具锻造，锻造力大，模具寿命低。

在此之前有人也尝试过采用冷挤压的方式来实现齿轮加工例如在中国专利CN200510017621.1中提出通过挤压的方式来实现，即采用正向挤压成形工艺，但是未涉及孔和齿的同时加工成形。并且模具结构方面存在一定的不合理，模具寿命和产品精度不易保证，因此导致在实际生产中没有太大的的实际意义。

三、发明内容：

本实用新型针对现有技术中存在的不足，提供一种一次成形的圆柱直齿轮冷挤压模具。

本实用新型的工作原理是：利用金属材料塑性变形的原理，将所述的坯料和模具组件按照一定的顺序安装于模架中，在保证其同轴度和垂直度的条件下，将坯料放进导向套中，在上模座保持固定的情况下，上升液压机液压油缸，带动下模座缓慢向上移动，或者在下模座保持固定的情况下，下降液压机液压油缸，带动上模座缓慢向下移动，上压头缓慢的和坯料接触，并且施加更大的力，将坯料推向齿模中，此后上压头继续向坯料施加更大的力，使坯料发生塑性变形，从而以一次成形的方式完成压孔和压齿的动作，然后退回下模座或者上模座，通过顶杆将成形齿顶出模架，便完成一次压制动作，得到圆柱直齿轮半成品。

本实用新型具体是通过以下技术方案实现的：

一种圆柱直齿轮冷挤压模具，包括由下模座、上模座、导向柱构成的模架，其中：

上模座固定于导向柱上，下模座上开有与导向柱相配合的孔，导向柱穿过该孔后与下模座动配合；

或者下模座固定于导向柱上，上模座上开有与导向柱相配合的孔，导向柱穿过该孔后与上模座动配合；

其特征在于：

上模座下面通过螺栓固定有环形模腔，环形模腔中自上而下依次装有底垫，上压头固定套，上压头固定套中过盈配合有上压头，上压头固定套下面装有上压头锁紧环，上压头锁紧环通过螺钉固定在环形模腔上；

下模座上面通过螺栓固定有下模腔，下模腔中自下而上依次装有垫块，凹模圈，装于凹模圈中的下压头固定套，过盈配合于下压头固定套中的下压头，中间开有模腔的齿模，下凹模，下凹模中过盈配合有导向套，下凹模上面装有下垫圈，下垫圈通过螺栓固定在下模腔上；

上压头与下压头位于同一轴线上；

下压头上部位于齿模的模腔中；

下模座底部开有轴孔，垫块、下压头固定套上开有月牙孔，有一月牙形顶杆穿过下模座底部的轴孔，再穿过月牙孔后伸入齿模的模腔中。

优选地：底垫包括上底垫、上中垫、中垫固定环，且上中垫套装在中垫固定环中。

优选地：垫块包括凹模下垫块和凹模上垫块，且凹模上垫块装于凹模圈中。

优选地：在垫块与下模座之间装有下模腔固定环，下模腔固定环与下模腔过盈配合。

优选地：齿模由外层的齿模外套、中间的齿模中套和内层的硬质合金齿模构成。

优选地：上底垫和环形模腔过盈配合，中垫固定环和上中垫过盈配合。

一般地：上底垫放置在上模座中，主要为过盈配合，上底垫和环形模腔进行过盈配合，中垫固定环和上中垫进行过盈配合，上压头和上压头固定套在配合过程中，不仅要保证必要的过盈量，同时要保证上压头的垂直度以及和整副模具的轴线重合；下凹模和导向套为过盈配合，注意调节过盈量，同时，在配合的过程中预留一定的压制余量，通过液压机的压力进行压制配合，齿模由齿模外套、齿模中套和硬质合金齿模三部分组成，齿模安放在下凹模下面，下压头和下压头固定套通过过盈配合，预留压制量后和凹模圈配合，下压头固定套安放于凹模上垫块之上，通入顶杆，凹模下垫块起着支撑作用，在凹模上垫块之下，依次便是下模腔固定环，下模腔固定环和下模腔进行过盈配合，其中下压头固定套，凹模上垫块都开有月牙通孔，以方便顶杆的上下位移；上压头和上压头固定套进行过盈配合，上压头的硬度和韧性有极高的要求，顶端更需要进行抛光处理，上压头一般采用Cr12MoV钢系及其改良体如LD(7Cr7Mo2V2Si)、DC53等或者高速钢，在配合过程中预留压制量，通过液压机的压力来完成配合。上压头和上压头固定套在压制过程中起着定位，并且起着施加推力的作用，将坯料和齿模、下压头接触，这种装配方式和结构极大的增加了受力面积，使模具经久耐用；下压头和下压头固定套是圆柱直齿轮冷挤压模具中最核心，也是要求极高的部分，下压头的硬度以及韧性要求极高，由于承受了大部分的力，因此，在设计过程中下压头的外形、锥度都有严格的要求。在安装过程中特别要保证其同轴度和垂直度，下压头和下压头固定套在压制过程中起着压孔的作用，通过上压头施加的推力，下压头给坯料反作用力，致使坯料发生塑性变形而制得的内孔，这种外形和锥度的设计更加有利于承受较大的力，使模具的使用寿命增加；齿模是圆柱直齿轮冷挤压模具中最重要的部件，同样也是要求最高的部分，齿模主要由齿模外套、齿模中套、硬质合金齿模组成，在压制过程中起着行齿的作用，齿模外套一般采用45钢，齿模中套采用60Si2Mn，由于采用一次成形的，故硬质合金齿模的精度和耐磨性要求相当高，硬质合金齿模部分加工时必须采用慢走丝，保证其加工精度，采用这种结构的设计和安装便于节约成本，控制材料，成形齿的齿向、齿形均可达到国家的标准规定，无需再加工；下凹模和导向套属于过盈配合，在加工过程中需要预留压合高度，导向套要求有较高的硬度，一般采用Cr12MoV，下凹模和导向套起着定位导向的作用，采用这种结构的模具不仅提高了在挤压过程中能承受着较大的力，且在长时间的压制过程中不会出现因坯料塑性变形而变形或应力过大而开裂，同时控制了成本，节约了材料；月牙孔一般为均布于同一圆周上的多个孔，相应地，顶杆也由同样数量月牙片构成(相当于将圆筒壁的一端沿轴向剪切掉多块，另一端又相连)。

本实用新型将冷挤压锻造方法运用到大模数圆柱直齿轮的生产，不仅可改善现有机械切削方法以及插齿方法中存在的不足，而且以一次成形的方式压制好齿轮的内孔和齿形，更是延长了模具的使用寿命，便于生产操作，利于节约成本，同时提高了生产效率，材料利用率和产品精度。但现有技术未见压齿和压孔一步完成的技术，现有技术是分两步完成。

本实用新型采用了冷挤压成形替代了切削加工，金属流线完整，提高了齿轮的强度和综合机械性能，提高了齿轮的承载能力和使用寿命。相对于现有技术，采用本实用新型模具进行圆柱直齿轮零件加工，挤压后的齿形内孔成形只需要约20秒，且一步到位，节约了生产时间，同时这是一项无屑加工金属成形工艺，材料利用率可以高达90％，工人劳动强度低，只需要一人简单的按钮操作便可完成，更加方便快捷。

四、附图说明

图1为本实用新型实施例的整体结构示意图；

图2为齿模的结构图。

图3为采用该模具加工后的圆柱直齿轮半成品的零件图；

图中：1、上底垫；2、环形模腔；3、上中垫；4、螺钉；5、中垫固定环；6、上压头固定套；7、上压头；8、上压头锁紧环；9、下凹模；10、导向套；11、下压头；12、下垫圈；13、下模腔；14、齿模；15、下压头固定套；16、凹模圈；17、凹模上垫块；18、凹模下垫块；19、顶杆；20、顶杆垫块；21、下模座；22、上模座；23、下模腔固定环；24、导套；25、导向柱；26、齿模外套；27、齿模中套；28、硬质合金齿模。

五、具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细的说明，本实施例以本实用新型技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1和图2所示，一种圆柱直齿轮冷挤压模具，包括由下模座21、上模座22、导向柱25构成的模架，其中：

上模座22通过导套24固定于导向柱25上，下模座21上开有与导向柱25相配合的孔，导向柱25穿过该孔后与下模座21动配合；

上模座22下面通过螺栓固定有环形模腔2，环形模腔2中自上而下依次装有底垫，上压头固定套6，上压头固定套6中过盈配合有上压头7，上压头固定套6下面装有上压头锁紧环8，上压头锁紧环8通过螺钉4固定在环形模腔2上；

下模座21上面通过螺栓固定有下模腔13，下模腔13中自下而上依次装有垫块，凹模圈16，装于凹模圈16中的下压头固定套15，过盈配合于下压头固定套15中的下压头11，中间开有模腔的齿模14，下凹模9，下凹模9中过盈配合有导向套10，下凹模9上面装有下垫圈12，下垫圈12通过螺栓固定在下模腔13上；

上压头7与下压头11位于同一轴线上；

下压头11上部位于齿模14的模腔中；

下模座21底部开有轴孔，垫块、下压头固定套15上开有月牙孔，有一月牙形顶杆19穿过下模座21底部的轴孔，再穿过月牙孔后伸入齿模14的模腔中。

底垫包括上底垫1、上中垫3、中垫固定环5，且上中垫3套装在中垫固定环5中。

垫块包括凹模下垫块18和凹模上垫块17，且凹模上垫块17装于凹模圈16中。

在垫块与下模座21之间装有下模腔固定环23，下模腔固定环23与下模腔13过盈配合。

齿模14由外层的齿模外套26、中间的齿模中套23和内层的硬质合金齿模28构成。

上底垫1和环形模腔2过盈配合，中垫固定环5和上中垫3过盈配合。

其中：

环形模腔2通过螺栓固定于上模座22中，依次安放上底垫1和中垫固定环5以及上中垫3，通过螺钉4将上压头锁紧环8和环形模腔2连接固定，上压头固定套6和上压头7在中垫固定环5和上中垫3下方。导向套10安放于下凹模9中，齿模14在下凹模9的下方，齿模14下安放有下压头固定套15，凹模上垫块17以及凹模圈16，在凹模上垫块17的上方有下压头11和下压头固定套15，凹模圈16下方放置凹模下垫块18、顶杆垫块20和顶杆19。

上底垫1放置在上模座22中，为过盈配合，上底垫1和环形模腔2进行过盈配合，保证过盈量不小于0.2mm，中垫固定环5和上中垫3进行过盈配合，过盈量不小于0.2mm，上压头7和上压头固定套6在配合过程中，不仅要保证不小于0.2mm的过盈量，同时，保证上压头7的垂直度以及和整副模具的轴线重合。

下凹模9和导向套10为过盈配合，注意调节过盈量，同时，在配合的过程中预留10-12mm的压制余量，通过液压机的压力进行压制配合，齿模14由齿模外套26、齿模中套27和硬质合金齿模28三部分组成，齿模14安放在下凹模9下面，下压头11和下压头固定套15通过过盈配合，预留压制量后和凹模圈16配合，下压头固定套15安放于凹模上垫块17之上，通入顶杆19，凹模下垫块18起着支撑作用，在凹模上垫块17之下，依次便是下模腔固定环23，下模腔固定环23和下模腔13进行过盈配合。其中下压头固定套15，凹模上垫块17上都开有两个月牙通孔，以方便顶杆19的上下位移。

上压头7和上压头固定套6进行过盈配合，配合量不小于0.2mm，上压头7的硬度和韧性有极高的要求，顶端更需要进行抛光处理，上压头7一般采用LD(7Cr7Mo2V2Si)钢，在配合过程中预留压制量10-12mm，通过液压机的压力来完成配合。上压头7和上压头固定套6在压制过程中起着定位，并且起着施加推力的作用，将坯料和齿模14、下压头11接触，这种装配方式和结构极大的增加了受力面积，使模具经久耐用。

下压头11和下压头固定套15是圆柱直齿轮冷挤压模具中最核心，也是要求极高的部分，下压头11的硬度以及韧性要求极高，由于承受了大部分的力，因此，在设计过程中下压头11的外形、锥度都有严格的要求。在安装过程中特别要保证其同轴度和垂直度≤0.015mm。下压头11和下压头固定套15在压制过程中起着压孔的作用，通过上压头7施加的推力，下压头11给坯料反作用力，致使坯料发生塑性变形而制得的内孔，这种外形和锥度的设计更加有利于承受较大的力，使模具的使用寿命增加。

齿模14是圆柱直齿轮冷挤压模具中最重要的部位，同样也是要求最高的部分，齿模14主要由齿模外套26、齿模中套27、硬质合金齿模28组成，在压制过程中起着行齿的作用，齿模外套26一般采用45号钢，齿模中套27采用60Si2Mn，由于采用一次成形的，故硬质合金齿模28的精度和耐磨性要求相当高，硬质合金齿模28加工时必须采用慢走丝，保证其加工精度不大于0.005mm，采用这种结构的设计和安装便于节约成本，控制材料，成形齿的齿向、齿形均可达到国家的标准规定，无需再加工。

下凹模9和导向套10属于过盈配合，在加工过程中需要预留压合高度10-12mm，导向套10要求有较高的硬度，一般采用Cr12MoV。下凹模9和导向套10起着定位导向的作用，采用这种结构的模具不仅提高了在挤压过程中能承受着较大的力，且在长时间的压制过程中不会出现因坯料塑性变形而变形或应力过大而开裂。同时控制了成本，节约了材料。

本实施例可以通过以下方式进行安装：

首先将环形模腔2通过螺栓连接到上模座22上，注重力度的调节，依次将上底垫1安装于环形模腔2内部，然后将上中垫3和中垫固定环5安装于环形模腔2中，实现过盈配合，依次安装上压头固定套6和上压头7，并且上压头固定套6和上压头7进行过盈配合(过盈配合用于孔、轴间的紧固连接，不允许两者之间有相对运动)，以达到较高的垂直度和同轴度，通过上压头锁紧环8的固定，并且调整好力度，确保安装的精度。

随后通过螺栓将下模腔13固定到下模座21上，依次放置下模腔固定环23，下模腔固定环23和下模腔13是过盈配合，要求模腔固定环23超出下模座21约10-15mm的深度以保证有足够的过盈量将下模座抱紧从而防止在工作过程之中脱离，同时安放凹模圈16和凹模上垫块17，将下压头固定套15和下压头11放置于凹模上垫块17上面，并且下压头套15下底面要精磨处理，以使下压头11保持一定的垂直度和同轴度，再将顶杆19通过月牙孔接触到顶杆垫块20，放下齿模14和下凹模9以及导向套10，通过下垫圈12和螺栓将下模固定好，确保安装精准。

其中，下模座21、上模座22、导套24、导柱25均属于通用模架上的结构。

工作原理是：利用金属材料塑性变形的原理，将所述的坯料和模具组件安装于模架中，在保证其同轴度和垂直度的条件下，将坯料放进导向套中，在上模座保持固定的情况下，上升液压机液压油缸，带动下模座缓慢向上移动，上压头缓慢的和坯料接触，并且施加更大的力，将坯料推向齿模中，此后上压头继续向坯料施加更大的力，使坯料发生塑性变形，从而以一次成形的方式完成压孔和压齿的动作，然后退回下模座，通过顶杆将成形齿顶出模架，便完成一次压制动作，得到圆柱直齿轮半成品。

Claims (6)

1.一种圆柱直齿轮冷挤压模具，包括由下模座(21)、上模座(22)、导向柱(25)构成的模架，其中：

上模座(22)固定于导向柱(25)上，下模座(21)上开有与导向柱(25)相配合的孔，导向柱(25)穿过该孔后与下模座(21)动配合；

或者下模座(21)固定于导向柱(25)上，上模座(22)上开有与导向柱(25)相配合的孔，导向柱(25)穿过该孔后与上模座(22)动配合；

其特征在于：

上模座(22)下面通过螺栓固定有环形模腔(2)，环形模腔(2)中自上而下依次装有底垫，上压头固定套(6)，上压头固定套(6)中过盈配合有上压头(7)，上压头固定套(6)下面装有上压头锁紧环(8)，上压头锁紧环(8)通过螺钉(4)固定在环形模腔(2)上；

下模座(21)上面通过螺栓固定有下模腔(13)，下模腔(13)中自下而上依次装有垫块，凹模圈(16)，装于凹模圈(16)中的下压头固定套(15)，过盈配合于下压头固定套(15)中的下压头(11)，中间开有模腔的齿模(14)，下凹模(9)，下凹模(9)中过盈配合有导向套(10)，下凹模(9)上面装有下垫圈(12)，下垫圈(12)通过螺栓固定在下模腔(13)上；

上压头(7)与下压头(11)位于同一轴线上；

下压头(11)上部位于齿模(14)的模腔中；

下模座(21)底部开有轴孔，垫块、下压头固定套(15)上开有月牙孔，有一月牙形顶杆(19)穿过下模座(21)底部的轴孔，再穿过月牙孔后伸入齿模(14)的模腔中。

2.根据权利要求1所述的圆柱直齿轮冷挤压模具，其特征在于：底垫包括上底垫(1)、上中垫(3)、中垫固定环(5)，且上中垫(3)套装在中垫固定环(5)中。

3.根据权利要求1所述的圆柱直齿轮冷挤压模具，其特征在于：垫块包括凹模下垫块(18)和凹模上垫块(17)，且凹模上垫块(17)装于凹模圈(16)中。

4.根据权利要求1所述的圆柱直齿轮冷挤压模具，其特征在于：在垫块与下模座(21)之间装有下模腔固定环(23)，下模腔固定环(23)与下模腔(13)过盈配合。

5.根据权利要求1所述的圆柱直齿轮冷挤压模具，其特征在于：齿模(14)由外层的齿模外套(26)、中间的齿模中套(27)和内层的硬质合金齿模(28)构成。

6.根据权利要求2所述的圆柱直齿轮冷挤压模具，其特征在于：上底垫(1)和环形模腔(2)过盈配合，中垫固定环(5)和上中垫(3)过盈配合。 

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