CN211218507U - 一种端部牙侧倒锥结合齿精密锻造、冷压成形模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及端面结合齿生产领域，尤其是涉及一种端部牙侧倒锥结合齿精密锻造、冷压成形加工模具，括端部结合齿预成型模具，所述的端部结合齿预成型模具包括，结合齿齿形模、结合齿齿形模模套、结合齿齿形凹模、结合齿齿形凹模模套及下定杆，结合齿齿形模安装于结合齿齿形模模套内且与结合齿齿形模模套相连，本实用新型能够提高端部牙侧倒锥结合齿的生产效率，降低端部牙侧倒锥结合齿的生产成本，特别是生产加工过程中的刀具消耗，同时提高端部牙侧倒锥结合齿的强度，整体提升端部牙侧倒锥结合齿的使用寿命。

Description

一种端部牙侧倒锥结合齿精密锻造、冷压成形模具

技术领域

本实用新型涉及端部结合齿生产领域，尤其是涉及一种端部牙侧倒锥结合齿精密锻造、冷压成形模具。

背景技术

端部结合齿产品是车辆中、后桥传动系统中的关键零件，无论车辆的中桥轴间减速器总成内还是轮间减速器总成外及部分车辆的后桥差速器总成外，或多或少的都有端部结合齿零件在发挥着至关重要的作用；国外的端部结合齿零件的齿形生产早已采用精密锻造，但在国内，受锻造工艺及各种条件的局限，各生产企业一直采用机械加工铣削端部结合齿齿形的工艺进行端部结合齿的生产。特别是部分端部结合齿牙侧呈倒锥的结构，更是沿用传统的机械加工工艺，即采用棒料或锻坯，经车加工外轮廓、拉削内花键后，根据产品图纸牙侧倒锥1～5度，将立铣刀磨修成与牙侧倒锥相吻合角度，再利用该成形铣刀在数控铣上铣削结合齿齿形，最后经渗碳淬火热处理及抛丸处理，即为成品可交付用户装配使用；上述生产工艺，结合齿铣削效率低，且端部牙侧底部的过渡圆角、端面倒角，铣削加工难度更大、效率也更低，刀具消耗极高，最终的个别品种成品在售后市场，索赔率较高，造成终端市场抱怨极多。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种对端部结合齿经精密锻造、冷压成形后，结合齿齿形不再进行铣削加工，不仅提高了效率、节约了原材料、而且提高了结合齿的使用寿命和防脱安全效果的端部牙侧倒锥结合齿精密锻造、冷压成形的模具，其具体技术方案如下，一种端部牙侧倒锥结合齿精密锻造、冷压成形加工工艺，包括，端部结合齿预成形模具成型工序、端部结合齿精密锻件的预成形工序、整体齿形冷压精整齿模的成形型工序及端部牙侧倒锥结合齿冷压成形工序，其中，所述的端部结合齿预成型模具成型工序包括以下所述的a步骤：a1、首先根据客户提供的端部结合齿产品图，依据结合齿牙侧倒锥角度大小及结合齿深度、结合齿在径向有效长度，计算出端部结合齿倒锥部分即楔形体的体积，将结合齿倒锥部分的体积扩大一定的倍数，转移到虚拟的切去倒锥部分的结合齿端面上，使楔形体截面短直角边与结合齿牙侧重合，调整楔形体截面长直角边的大小，采用Deform三维模拟软件在冷压成形模及一定载荷作用下，验证结合齿牙侧倒锥成形效果，视成形情况，可调整楔形体的体积和楔形体截面长直角边的大小，直至模拟出结合齿牙侧倒锥的最佳效果为止；

a2、根据模拟最佳效果时的参数，设计出预锻件的结合齿牙形，再结合用户产品图纸的外轮廓尺寸，预留的机加工余量，设计出预锻件冷态的三维实体造型；结合用户要求产品材质，查阅该材质在所需锻造温度下的线膨胀系数，计算出在一次性净成型预锻造工艺中，所选用温度下锻件的收缩率；结合锻件的收缩率，对冷态锻件进行膨胀，生成热态实体锻件，并由热态实体锻件转生成热态结合齿精密锻造预成型齿形模的实体造型；

a3、根据生成的热态结合齿精密锻造预成型齿形模的实体造型，经过编程及处理，在数控铣床上对结合齿精密锻造预成型齿形模零件先进行齿形粗铣加工，按照模具要求进行真空热处理，热处理后再进行精铣加工结合齿，至此，完成热态结合齿精密锻造预成型齿形模的成形工序。

所述的端部结合齿精密锻件的预成形工序包括以下所述的b步骤：

b1、将结合齿精密锻造预成型齿形模、凹模、下顶杆及相应模架辅件按照成熟的装配关系逐一组装、紧固于锻造设备上，按照对模程序校验齿形模、凹模的同心度；

b2、校验符合要求后，对结合齿精密锻造预成型齿形模、凹模进行预热处理，将结合齿精密锻造预成型齿形模、凹模预热至280°~350°；

b3、将锯切合格的棒料置于中频感应加热炉中加热，加热至锻造所需温度，根据锻造设备的加工锻造节拍，合理调整棒料的进料频率；

b4、调整锻造设备的打击力，将达到锻造温度的棒料置于结合齿模具中的凹模中，启动设备，采用闭塞锻造的方式对棒料进行一次性打击精密锻造成形；

b5、锻造成形完成后，在锻造设备上滑块上升复位过程中，启动或联动下顶料机构，通过下顶杆将端部结合齿热态预成型精密锻件顶出凹模，并利用人工或机械手取走端部结合齿热态预成型精密锻件，至此完成端部结合齿齿形的一次性精密预成型锻造工序。

所述的整体齿形冷压精整齿模的成型工序包括以下所述的c步骤：

c1、根据用户端部结合齿产品零件的牙形尺寸及结构，结合端部结合齿精密预成型锻件的牙形尺寸，设计出冷压成形齿形模具的牙形尺寸和结构及整体齿形冷压精整齿模;

c2、根据齿形冷压精整齿模的齿形涨腔和涨芯体尺寸，利用三维软件生成实体造型，再经过编程及处理，在数控铣床上对齿形涨腔和涨芯体零件先进行粗铣加工及辅助加工，按照冷压模具材质具体要求进行热处理，热处理后再进行精铣加工，保证零件尺寸及精度，至此，完成齿形冷压精整齿模各零件的加工。

所述的端部牙侧倒锥结合齿冷压成形工序包括以下所述的d步骤：

d1、将检验合格的齿形冷压精整齿模齿形涨腔体和涨芯体，按照各零件的功能要求及位置关系进行装配；

d2、端部牙侧倒锥结合齿冷压成形前，先将b步骤中的端部结合齿精密锻件的齿形，经抛丸清除氧化皮处理；

d3、将抛丸处理好的零件置于c步骤中的齿形冷压精整模的凹腔中，将齿形冷压精整齿模按照阴阳结合方式置于b步骤中的端部结合齿精密锻件的结合齿中；

d4、启动设备，试调整油压机压力和行程，使安装在压力机上滑块工作台的模具辅件，直接作用于齿形冷压精整齿模的后端部，以实现端部牙侧倒锥结合齿的冷压成形；

d5、成形完成后，在油压机滑块上升复位过程中，齿形冷压精整齿模中涨腔体上的涨腔壁，会在自身弹力作用下，恢复原自然状态，即涨腔壁的夹角由接近β值大小逐渐回收缩小至α，使得涨腔体的结合齿与冷压成形的精整件结合齿齿槽，由冷压到位时的大过盈配合转变成小间隙配合，此时取下齿形冷压精整齿模，与此同时启动或联动下顶料机构，通过下顶杆将已冷压成形的精整件顶出凹模，利用人工或机械手取走精整件，至此完成端部牙侧倒锥结合齿零件的冷压成形工序。

进一步地，所述的端部结合齿精密锻件的材质为20CrMnTiH或22CrMoH，所述的端部结合齿精密锻件的线膨胀系数为12×10^-6，所述的端部结合齿精密锻件的锻造温度为900～1000度，所述的端部结合齿精密锻件的收缩率为1.01～1.012。

一种端部牙侧倒锥结合齿精密锻造、冷压成形模具，包括端部结合齿预成型模具，所述的端部结合齿预成型模具包括，结合齿精密锻造预成型齿形模、结合齿精密锻造预成型齿形模模套、结合齿精密锻造预成型凹模、结合齿精密锻造预成型凹模模套及下顶杆，结合齿精密锻造预成型齿形模安装于结合齿精密锻造预成型齿形模模套内且与结合齿精密锻造预成型齿形模模套过盈配合，结合齿精密锻造预成型凹模安装于结合齿精密锻造预成型凹模模套内且与结合齿精密锻造预成型凹模模套过盈配合，预成型精密锻件设置于结合齿精密锻造预成型凹模内，所述的结合齿精密锻造预成型凹模中心位置设置有下顶杆安装通孔，所述的下顶杆安装于下顶杆安装通孔内且与下顶杆安装通孔滑动配合；

所述的下顶杆安装通孔及下顶杆为同轴安装设置；

一种端部牙侧倒锥结合齿精密锻造、冷压成形模具，包括齿形冷压精整齿模，所述的齿形冷压精整齿模包括，涨腔体、涨芯体及连接螺栓，所述的涨腔体为圆环形结构，涨腔体上均布设置有N个齿形涨腔壁，涨腔壁中设置有锥形涨腔，在每个锥形涨腔底部设置有螺纹盲孔，涨芯体上设置有台阶通孔，涨芯体安装于锥形涨腔内，涨芯体通过连接螺栓与涨腔体相连，所述的连接螺栓贯穿于台阶通孔内且与通孔连接，所述的连接螺栓端部安装于螺纹盲孔内且与螺纹盲孔螺纹相连；

所述的涨芯体的外部轮廓与锥形涨腔的内轮廓一致；

所述的涨芯体的外部与锥形涨腔的内壁相连；

所述的涨芯体外部两锥面的夹角β大于锥形涨腔两锥面的夹角α，其差值略大于端部结合齿牙侧倒锥角δ的两倍，即β-α≈2.2δ。

进一步地，所述的齿形冷压精整齿模，也可固定安装于油压机上工作台的模具辅件上，利用齿形找正辅助设施，确保置于结合齿精密锻造预成型凹模腔中的端部结合齿预成型精密锻件的牙形，与齿形冷压精整齿模的牙形刚好按照阴阳结合方式一一对应，且保证两者的同心度在一定的要求范围内，以提高生产效率、降低劳动强度。

本实用新型所提供的一种端部牙侧倒锥结合齿精密锻造、冷压成形加工工艺及其模具，其有益效果为：本实用新型能够提高端部牙侧倒锥结合齿的生产效率，降低端部牙侧倒锥结合齿的生产成本，特别是生产加工过程中的刀具消耗，同时提高端部牙侧倒锥结合齿的强度，整体提升端部牙侧倒锥结合齿的使用寿命，达到端部牙侧倒锥结合齿的制造，节材、高效，进而达到提升端部牙侧倒锥结合齿的强度；而且本实用新型可以改进端部牙侧倒锥结合齿内部组织致密度，改变端部牙侧倒锥结合齿的金属流线方向，进而改善成形件碳化物的分布状态，消除各向异性，以求获得所需要的的内部组织和使用性能。

附图说明

图1为本实用新型所要最终实现的含有端部牙侧倒锥结合齿零件的一种结构示意图；

图2为本实用新型图1的剖视图；

图3本实用新型图1中的A-A向剖视图；

图4为本实用新型所要最终实现的含有端部牙侧倒锥结合齿的与图1相配的零件结构示意图；

图5为本实用新型图4的剖视图；

图6本实用新型图4中的A-A向剖视图；

图7为本实用新型中端部结合齿精密预成型锻造模具的结构示意图；

图8为本实用新型中齿形冷压精整齿模中的涨腔体的结构示意图；

图9为本实用新型图8的剖视图；

图10本实用新型图8中的A-A向剖视图；

图11为本实用新型齿形冷压精整齿模中的涨芯体的结构示意图；

图12为本实用新型中图11的剖视图；

图13为本实用新型齿形冷压精整齿模中的涨芯体安装于涨腔壁中的结构剖面示意图；

图14为本实用新型中的齿形冷压精整齿模与待冷压的精密锻造预成型件对齿后的齿形结构剖面示意图；

图15为本实用新型中的齿形冷压精整齿模与冷压精整件的齿形结构剖面示意图；

图中标号为：1-端部结合齿齿槽、2-端部结合齿齿形、3-端部结合齿齿侧面、4-端部结合齿齿槽底部容料槽、5-结合齿精密锻造预成型齿形模、6-结合齿精密锻造预成型齿形模模套、7-结合齿精密锻造预成型凹模、8-结合齿精密锻造预成型凹模模套、9-下定杆 、10-涨腔体、11-涨腔壁、12-涨芯体、13-连接螺栓 、14-锥形涨腔、15-螺纹盲孔、16-通孔、17-结合齿精密锻造预成型件、18-冷压精整件。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种端部牙侧倒锥结合齿精密锻造、冷压成形模具，其能够提高端部牙侧倒锥结合齿的生产效率，降低端部牙侧倒锥结合齿的生产成本，特别是生产加工过程中的刀具消耗，同时提高端部牙侧倒锥结合齿的强度，整体提升端部牙侧倒锥结合齿的使用寿命，为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明，需要说明的是，本申请文件中用于表示方位的用语“左”和“右” 均以附图中所示的具体结构为基准，并不构成对结构的限制。

具体实施例1：一种端部牙侧倒锥结合齿精密锻造、冷压成形模具，包括端部结合齿预成型模具及齿形冷压精整齿模，端部结合齿预成型模具主要包括结合齿精密锻造预成型齿形模5、结合齿精密锻造预成型齿形模模套6、结合齿精密锻造预成型凹模7、结合齿精密锻造预成型凹模模套8及下定杆9，结合齿精密锻造预成型齿形模5安装于结合齿精密锻造预成型齿形模模套6内，结合齿精密锻造预成型凹模7安装于结合齿精密锻造预成型凹模模套8内，预成型精密锻件17放置于结合齿精密锻造预成型凹模7内，在结合齿精密锻造预成型凹模7中心位置设置有下顶杆安装通孔，下顶杆安装于下顶杆安装通孔内并能够在下顶杆安装通孔内具有滑动效果；齿形冷压精整齿模主要包括涨腔体10、涨芯体12及连接螺栓13，涨腔体10为圆环形结构体，涨腔体10上均布设置有N个齿形涨腔壁11，涨腔壁11中设置有锥形涨腔14，在锥形涨腔14底部设置有螺纹盲孔15，在涨芯体12上设置有内壁光滑的台阶通孔16，涨芯体12安装于锥形涨腔14内，涨芯体12通过连接螺栓13与涨腔体10相连，连接螺栓13贯穿于台阶通孔16内且与台阶通孔16可滑动的连接，连接螺栓13端部安装于螺纹盲孔15内且与螺纹盲孔15螺纹相连，涨芯体12的外部轮廓与锥形涨腔14的内轮廓设置一致，涨芯体12的外锥部与锥形涨腔14的内壁相连。

一种端部牙侧倒锥结合齿精密锻造、冷压成形加工工艺，包括，端部结合齿预成形模具成型工序、端部结合齿精密锻件的预成形工序、整体齿形冷压精整齿模的成型工序及端部牙侧倒锥结合齿冷压成形工序。首先根据客户提供的端部结合齿产品图（如说明书附图1所示），依据结合齿牙侧倒锥角度大小及结合齿深度、结合齿在径向有效长度，计算出端部结合齿倒锥部分（截面为直角三角形）即楔形体的体积，将结合齿倒锥部分的体积扩大一定的倍数，转移到虚拟的切去倒锥部分的结合齿端面上，使楔形体截面短直角边与结合齿牙侧重合，调整楔形体截面长直角边的大小，采用Deform三维模拟软件在冷压成形模及一定载荷作用下，验证结合齿牙侧倒锥成形效果，视成形情况，可调整楔形体的体积和楔形体截面长直角边的大小，直至模拟出结合齿牙侧倒锥的最佳效果为止；根据模拟最佳效果时的参数，设计出预锻件的结合齿牙形，再结合用户产品图纸的外轮廓尺寸，预留的机加工余量，设计出预锻件冷态的三维实体造型；结合用户要求产品材质（一般为20CrMnTiH或22CrMoH），查阅该材质在所需锻造温度下的线膨胀系数（线膨胀系数为12×10^-6），计算出在一次性净成型预锻造工艺中，所选用温度（900～1000度）下锻件的收缩率（收缩率为1.01～1.012）；结合锻件的收缩率，对冷态锻件进行膨胀，生成热态实体锻件，并由热态实体锻件转生成热态结合齿精密锻造预成型齿形模的实体造型；经过编程及后处理，在数控铣床上对结合齿精密锻造预成型齿形模零件先进行齿形粗铣加工，按照模具要求进行真空热处理，热处理后再进行精铣加工结合齿，至此，完成热态结合齿精密锻造预成型齿形模的成型工序。将结合齿精密锻造预成型齿形模（结合齿精密锻造预成型齿形模5）、凹模（结合齿精密锻造预成型凹模7）、下顶杆9及相应模架辅件（代指结合齿精密锻造预成型齿形模模套6及结合齿精密锻造预成型凹模模套8）按照成熟的装配关系逐一组装、紧固于锻造设备上，按照对模程序校验上下模（结合齿精密锻造预成型齿形模5及结合齿精密锻造预成型凹模7）的同心度；校验符合要求后，对结合齿精密锻造预成型模具进行预热处理，将结合齿精密锻造预成型模具预热至280°~350°；将锯切合格的棒料置于中频感应加热炉中加热，加热至锻造所需温度，根据锻造设备的加工锻造节拍，合理调整棒料的进料频率；调整锻造设备的打击力，将达到锻造温度的棒料置于结合齿精密锻造预成型模具中的结合齿精密锻造预成型凹模7中，启动设备，采用闭塞锻造的方式对棒料进行一次性打击精密锻造成形；锻造成形完成后，在锻造设备上滑块上升复位过程中（常见的锻压设备压力头，在此不再累述），启动或联动下顶料机构，通过下顶杆9将端部结合齿热态预成型精密锻件顶出结合齿精密锻造预成型凹模7，并利用人工或机械手取走端部结合齿热态预成型精密锻件，至此完成端部结合齿齿形的一次性精密预成型锻造工序。

根据用户端部结合齿产品零件的牙形尺寸及结构，结合端部结合齿精密预成型锻件的牙形尺寸，设计出冷压成形齿形模具的牙形尺寸和结构及整体齿形冷压精整齿模；根据齿形冷压精整齿模的齿形涨腔体10和涨芯体12尺寸，利用三维软件生成实体造型，再经过编程及处理，在数控铣床上对齿形及涨腔14和涨芯体12零件先进行粗铣加工及辅助加工，按照冷压模具材质具体要求进行热处理，热处理后再进行精铣加工，保证零件尺寸及精度，至此，完成齿形冷压精整齿模各零件的加工。将检验合格的齿形冷压精整齿模齿形涨腔体10和涨芯体12，按照各零件的功能要求及位置关系进行装配（如说明书附图13所示），具体装配过程为，首先将涨芯体12安装于涨腔体10中设置的锥形涨腔14内，而后通过连接螺栓13将涨芯体12与涨腔体10相连，此时，涨芯体12、涨腔体10及涨腔壁11三者形成一体状态，端部牙侧倒锥结合齿冷压成形前，先将b步骤中的端部结合齿精密锻件的齿形，经抛丸清除氧化皮处理；而后将抛丸处理好的零件置于c步骤中的齿形冷压精整齿模的结合齿精密锻造预成型凹模中，将齿形冷压精整齿模按照阴阳结合方式置于b步骤中的端部结合齿精密锻件的结合齿中（如说明书附图14所示）；启动设备，试调整油压机压力和行程，使安装在压力机上滑块工作台的模具辅件，直接作用于齿形冷压精整齿模中涨腔体10的后端部，以实现端部牙侧倒锥结合齿的冷压成形（如说明书附图14及说明书附图15所示）；具体过程为，随着油压机滑块的下滑，齿形冷压精整齿模中涨腔体10在外力作用下沿着其自身导向圆柱面下移，当涨芯体12下底面与结合齿齿槽底部接触时，齿形涨腔体10在外力作用下继续下移，涨腔壁11在涨芯体12外部锥面的反作用力下，其涨腔壁夹角α逐渐加大，涨腔壁11慢慢接触预成型精密冷锻件的两齿侧面，直至α接近β时，冷压精整齿模齿形涨腔体10的齿槽底部与预成型精密冷锻件齿形顶部相接触，即便在外力作用下，齿形涨腔体10也不能再下移了，到此为止即实现了端部牙侧倒锥结合齿的冷压成形，端部牙侧倒锥结合齿的冷压成形完成后，在油压机滑块上升复位过程中，齿形冷压精整齿模中涨腔体上的涨腔壁，会在自身弹力作用下，恢复原自然状态，即涨腔壁的夹角由接近β值大小逐渐回收缩小至α，使得涨腔体的结合齿与冷压成形的精整件结合齿齿槽，由冷压到位时的大过盈配合转变成小间隙配合，此时取下齿形冷压精整齿模，与此同时启动或联动下顶料机构，通过下顶杆将已冷压成形的精整件顶出结合齿精密锻造预成型凹模，利用人工或机械手取走冷压精整件18，至此完成端部牙侧倒锥结合齿零件的冷压成形工序。

以上所述之实施例，只是本实用新型的较佳实施例而已，并非限制本实用新型实施范围，也可不用牙侧倒锥冷压成形模，直接冷压经抛丸清除氧化皮的端部结合齿冷态预成型精密锻件，得到牙侧倒锥近似接近图纸要求的端部牙侧倒锥结合齿零件。也可对说明书附图1、说明书附图4中结合齿齿槽底部不含容料槽的零件进行近似冷压成形。还可对说明书附图1、说明书附图4中结合齿大径处采取封闭环，加强结合齿强度的零件进行精密预成型锻造及冷压成形。故凡依本实用新型专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本实用新型申请专利范围内。

Claims (5)

1.一种端部牙侧倒锥结合齿精密锻造、冷压成形模具，其特征在于包括端部结合齿预成型模具，所述的端部结合齿预成型模具包括，结合齿精密锻造预成型齿形模、结合齿精密锻造预成型齿形模模套、结合齿精密锻造预成型凹模、结合齿精密锻造预成型凹模模套及下定杆，结合齿精密锻造预成型齿形模安装于结合齿精密锻造预成型齿形模模套内且与结合齿精密锻造预成型齿形模模套相连，结合齿精密锻造预成型凹模安装于结合齿精密锻造预成型凹模模套内且与结合齿精密锻造预成型凹模模套相连，预成型精密锻件设置于结合齿精密锻造预成型凹模内，所述的结合齿精密锻造预成型凹模中心位置设置有下定杆安装通孔，所述的下定杆安装于下定杆安装通孔内且与下定杆安装通孔滑动相连。

2.根据权利要求1所述的一种端部牙侧倒锥结合齿精密锻造、冷压成形模具，其特征在于，所述的下定杆安装通孔及下定杆为同轴安装设置。

3.根据权利要求1所述的一种端部牙侧倒锥结合齿精密锻造、冷压成形模具，其特征在于还包括齿形冷压精整齿模，所述的齿形冷压精整齿模包括，涨腔本体、涨腔壁、涨腔芯及连接螺栓，所述的涨腔壁设置于涨腔本体上且与涨腔本体固定相连，涨腔本体为圆环形结构，涨腔本体上均布设置有N个涨腔壁，涨腔壁中设置有锥形涨腔，在楔形涨腔底部设置有螺纹盲孔，涨腔芯上设置有通孔，涨腔芯安装于锥形涨腔内，涨腔芯通过连接螺栓与涨腔本体相连，所述的连接螺栓贯穿于通孔内且与通孔连接，所述的连接螺栓端部安装于螺纹盲孔内且与螺纹盲孔螺纹相连。

4.根据权利要求3所述的一种端部牙侧倒锥结合齿精密锻造、冷压成形模具，其特征在于，所述的涨腔芯的外部轮廓与锥形涨腔的内轮廓一致。

5.根据权利要求3所述的一种端部牙侧倒锥结合齿精密锻造、冷压成形模具，其特征在于，所述的涨腔芯的外部与锥形涨腔的内壁相连。

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