EA000339B1

EA000339B1 - Устройство для изготовления ковкой цельной заготовки и способ изготовления кованой шестерни (варианты)

Info

Publication number: EA000339B1
Application number: EA199800418A
Authority: EA
Inventors: Майкл С. Дауэрти
Original assignee: Колфор Мэньюфэкчуринг, Инк.
Priority date: 1995-10-31
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 1999-04-29
Also published as: WO1997016270A1; EA199800418A1; AU7552796A; US5787753A; JPH11514582A; CZ133298A3; ATE189142T1; DE69606422D1; MX9704916A; CA2209140A1; BR9611203A; EP0858373B1; EP0858373A1

Description

Эта заявка является частичным продолжением предшествующей заявки № 08/550708, зарегистрированной 31 октября 1995 года.

Изобретение относится к устройству и способу изготовления ведущих шестерен, и более конкретно, к устройству и способу изготовления головной части ведущих шестерен со сложной конфигурацией с использованием операции ковки и без необходимости в отдельной механической обработке для получения конфигурации зубьев и канавок.

Ведущие шестерни, используемые в автомобилях и грузовиках, как правило, изготавливаются многоступенчатым способом, включающим ковку, токарную обработку, грубую нарезку зубьев и окончательную обработку. Цельная заготовка, как правило, отковывается до общей конфигурации, показанной на фиг.1 (например, 15), которая является заготовкой, имеющей головную часть с простой конфигурацией усеченного конуса без зубьев или соответствующих канавок. Для получения зубчатой конфигурации на головной части шестерни заготовка подвергается обработке на токарном станке, и канавки грубо прорезаются в головной части кованой заготовки на необходимую глубину и под необходимым углом специальным оборудованием для нарезки шестерен. В некоторых процессах обработки применяется до трех различных резцов для обеспечения необходимого расположения или конфигурации зубьев, т.е. первой и второй поверхностей (например, рабочей и нерабочей поверхностей) зуба, также как и основания нарезанной головной части для получения геометрии, необходимой для ведущей шестерни. Эти известные способы не были совершенно удовлетворительными, поскольку цельная заготовка имеет значительно больший объем до ковки, чем готовая ведущая шестерня, что требует нежелательно повышенных затрат материала и тепла. Кроме того, механическая нарезка зубьев является дорогой энергоемкой и трудоемкой операцией.

До сих пор ковка деталей сложной конфигурации была возможна для спиральных конических шестерен, откованных из порошкового материала, например, как описано в патенте США № 050283. Шестерня, изготовленная этим способом, значительно отличается от шестерни, откованной из цельной заготовки. Как правило, шестерня, откованная с использованием такого способа, изготавливается из металлического порошка и парафинового связующего вещества, которые сначала заливаются в матрицу и уплотняются до получения брикета, который спекается, при этом парафин выплавляется из него и обеспечивается металлургическое связывание отдельных частиц порошка. Шестерня, изготовленная только в соответствии с этим способом, имеет плотность, составляющую около 80% в сравнении с плотностью шестерни, откованной из цельной болванки, что значительно уменьшает прочность шестерни и, в связи с этим, ее применение ограничивается вариантами, не предназначенными для тяжелых условий работы, таких как домашнее оборудование или садовые и газонные приспособления (например, садовые трактора). Ковка порошкообразного материала не обеспечивает необходимой направленности частиц в зубьях шестерни и, таким образом, деталь не обладает такой структурной прочностью, как шестерня, откованная из цельной болванки.

Другой пример способа ковки шестерни и устройства для его осуществления изложен в патенте США № 3429172. Описанное устройство включает штамп, имеющий выемку, которая может использоваться для ковки заготовки, имеющей головку в форме усеченного конуса и немного суживающуюся остальную часть в виде хвостовика. При завершении цикла ковки, шток поднимается или движется от шестерни, заставляя кованую шестерню следовать за штампом. Для того, чтобы извлечь откованную шестерню из выемки штампа, оператор может повернуть хвостовик шестерни для освобождения ее от ребер, формирующих спиральные зубья. В альтернативном варианте готовая шестерня после поворота может сама выпадать из штампа.

Это устройство и способ не приспособлены для массового изготовления ведущих шестерен, поскольку устройство не включает элементов для освобождения откованной головки шестерни от штампа и ее извлечения. Более того, поскольку извлечение откованной головки из выемки штампа не выполняется на систематической и последовательной основе, описанный процесс может быть медленным и требовать много времени, особенно когда требуется вмешательство оператора. В этом случае, темп, с которым может изготавливаться множество ведущих шестерен, недостаточно предсказуем и, фактически, может снижаться.

В промышленности была потребность в создании устройства и способа, при помощи которых экономится материал, расходуемый на заготовку, и может изготовляться или формироваться ведущая шестерня сложной конфигурации и, предпочтительно, ведущая шестерня вала дифференциала операцией ковки, что значительно уменьшает расход сырья, без последующих операций механической обработки на всю глубину отдельных канавок для получения необходимой конфигурации зубьев. Такая потребность ранее не была реализована вследствие технических трудностей, связанных с ковкой зубьев ведущей шестерни и последующего извлечения головной части ведущей шестерни после ковки из штампа без повреждения конфигурации зубьев.

Целью настоящего изобретения является изготовление ведущей шестерни сложной конфигурации, без необходимости грубой механической обработки на всю глубину зубьев.

Другой целью настоящего изобретения является получение ведущей шестерни сложной конфигурации с использованием существующих прессов.

Еще одной целью настоящего изобретения является уменьшение затрат материала и энергии при изготовлении ведущей шестерни.

Еще одной целью настоящего изобретения является получение ведущей шестерни, откованной с высокой точностью силами сжатия.

Еще одной целью настоящего изобретения является создание устройства и способа изготовления ведущей шестерни сложной конфигурации, которые направлены на устранение указанных выше недостатков в технике ковки.

Дополнительные цели, преимущества и другие признаки настоящего изобретения будут изложены далее и станут очевидными для специалистов в данной области техники или могут быть выявлены при реализации изобретения. Для достижения указанных и других целей и в соответствии с замыслом, настоящее изобретение содержит пресс или штамп для ковки ведущей шестерни с головной частью сложной конфигурации из цельной заготовки и включает первый или верхний штамп, имеющий негативную выемку, соответствующую головной части сложной конфигурации, для ковки головной части. Устройство содержит также осевой ограничительный элемент, предназначенный для обеспечения извлечения откованной шестерни из негативной выемки после ковки.

В одном варианте выполнения изобретения, осевой ограничительный элемент может применяться во второй или нижней матрице, и внутренняя поверхность матрицы для хвостовика шестерни и поверхность хвостовика имеют конфигурацию, обеспечивающую достаточное сопротивление и/или поверхностное трение для содействия ограничению существенного осевого перемещения откованной шестерни, одновременно допуская вращение откованной шестерни так, что откованная головная часть сама освобождается от выемки первой или верхней матрицы. Предпочтительно, на внутренней поверхности матрицы для хвостовика может применяться удерживающий пояс, например, одна или более выемок, и материал может вдавливаться в выемку, формируя выступ на поверхности хвостовика при ковке головной части. Выемка может проходить, в зависимости от необходимости, либо по всей периферии внутренней поверхности, либо по ее части. Полученный выступ на хвостовой части, выступающей в матрицу для хвостовика приблизительно на 2,54-5,08 мм, может обеспечивать достаточное сопротивление и/или поверхностное трение для содействия ограничению или предотвращению заметного осевого перемещения шестерни, в то же время, допуская радиальное перемещение шестерни, способствующее извлечению откованной головной части из негативной выемки.

В другом варианте выполнения изобретения осевой ограничительный элемент может располагаться в первой или верхней матрице. Зубчатая выемка может иметь высверленное отверстие и принимаемый в него с возможностью скольжения стержень может избирательно выдвигаться из высверленного отверстия для поддержания упора в откованную головную часть, когда зубчатая выемка первой или верхней матрицы движется от второй или нижней матрицы, таким образом предотвращая заметное осевое перемещение и одновременно допуская вращательное или радиальное перемещение откованной шестерни, способствующее извлечению откованной шестерни из негативной выемки.

На практике для ковки головной части цельной заготовки с целью получения детали сложной конфигурации может применяться пресс или штамп. При ковке головной части на хвостовой части откованной шестерни может формироваться осевой ограничительный элемент. Для извлечения откованной головной части из пресса без получения зазубрины при повреждении откованной головной части, осевое движение откованной шестерни ограничивается, при этом допускается радиальное или вращательное перемещение откованной шестерни. В одном варианте выполнения изобретения, сопротивление и/или поверхностное трение между хвостовой частью откованной шестерни и внутренней поверхностью матрицы для хвостовика, по существу, ограничивает осевое перемещение, одновременно допуская вращательное или радиальное перемещение. Когда на хвостовой части формируется выступ, он, предпочтительно, может удаляться с хвостовой части, когда она вытолкнута или другим способом извлечена из матрицы для хвостовика.

В другом варианте выполнения изобретения, пресс или штамп включает первую матрицу, включающую зубчатую матрицу, имеющую высверленное отверстие, и шток, избирательно выдвигаемый со скольжением из высверленного отверстия для упора в головную часть. После того, как ковка завершена, зубчатая матрица движется от откованной шестерни относительно второй матрицы, причем шток остается в контакте или сцеплении с головной частью для ограничения или другим образом предотвращения осевого перемещения откованной шестерни, одновременно допуская радиальное перемещение.

Хотя описание включает формулу изобретения, описывающую и определяющую объем защиты изобретения, оно будет лучше понято из следующего описания в сочетании с приложенными чертежами, на которых:

на фиг.1 изображен вид в перспективе откованной ведущей шестерни согласно предшествующему уровню техники;

на фиг.2 - частичный вид в разрезе пресса, включающего один вариант выполнения устройства и способа, согласно изобретению, в котором левая сторона иллюстрирует пресс в закрытом положении, и правая сторона иллюстрирует пресс в открытом положении;

на фиг.3 - вид снизу зубчатой матрицы, имеющей выемку со сложной конфигурацией шестерни;

на фиг.4А - ввд в перспективе одного варианта выполнения изобретения для получения кованой ведущей шестерни сложной конфигурации;

на фиг.4В - ввд в перспективе второго варианта выполнения изобретения для получения кованой ведущей шестерни сложной конфигурации;

на фиг.5 - частичный вид сечения штампа, представляющий альтернативный вариант изобретения, в котором с левой стороны показан штамп в закрытом положении, и с правой стороны - в открытом положении; и на фиг.6 - вид в перспективе болванки, имеющей откованную хвостовую часть, и не откованную головную часть.

Теперь в деталях будут делаться ссылки на чертежи, на которых одинаковые элементы имеют одинаковые или ссылочные позиции. На фиг. 2 показан в целом вид в перспективе штампа или пресса, обозначенного цифрой 20, который может представлять собой любой тип пресса или штампа, известный в промышленности и используемый для выполнения операций ковки, например, механический, паровой, пневматический или гидравлический пресс, способный создавать достаточное усилие (например, приблизительно от 500 до 3000 т или приблизительно от 4,5х10⁶ H до 2,7х10⁷ H) к заготовке за один цикл в зависимости от размеров детали. Штамп 20 включает верхнюю или первую матрицу 22 и нижнюю или вторую матрицу 80, которые в настоящем изобретении применяются вместе в ходе операции закрытой штамповой ковки. Первая матрица 22 характерна применением зубчатой матрицы 26, показанной на фиг. 2, которая может центрироваться относительно центральной оси 91 и может иметь множество сегментов зубьев 28 и негативную выемку 27 (также см. фиг. 3) и которая может отковывать необходимую сложную конфигурацию головной части 92 шестерни 90, например, ведущей шестерни, и, предпочтительно, ведущей шестерни вала дифференциала, имеющей конфигурацию зубьев, которая может быть спиральной и может включать множество параллельных друг другу зубьев (например, 93).

Трафаретная матрица 30 показана расположенной над зубчатой матрицей 26 и может также устанавливаться по центру относительно центральной оси 91 для обеспечения штамповки на верхней поверхности 95 головной части 92 шестерни 90, различных клейм, например, буквенной/цифровой информацией или рисунков. Предпочтительно, в центре трафаретной матрицы 30 может применяться ведущий выступ или центральный выступ 31 для ковки выемки или центральной выемки 96, которая может располагаться в центре головной части 92. Центральная выемка 96 может использоваться при дальнейших операциях механической обработки или, согласно изобретению, для облегчения извлечения головной части (например, 192) из зубчатой матрицы (например, 126), как будет описано ниже более подробно.

Отцентрированная опорная матрица 32 может располагаться над трафаретной матрицей 30 и может содействовать трафаретной матрице 30 в ковке центральной выемки 96 и/или необходимого клейма на верхней поверхности 95 головной части 92. Первая матрица 22 может также снабжаться направляющей 34, зафиксированной вдоль центральной оси 91, которая в целом центрирует верхние инструменты (например, трафаретную матрицу 30, опорную матрицу 32 и початую матрицу 26) в матричной обойме 40. Матричная обойма 40 может быть кольцевой опорой, которая, по существу, окружает зубчатую матрицу 26, трафаретную матрицу 30 и опорную матрицу 32 и обеспечивает жесткую фиксацию или крепление этих элементов с необходимой ориентацией и в необходимом положении. Одна или более головок 42 могут применяться для удерживания матричной обоймы 40 на месте, и могут жестко крепиться к матричной колодке 44 соединительным элементом, например, шурупом или болтом 43, например, в высверленное отверстие 42А в головке 42 и в высверленное отверстие 44А в матричной колодке 44. Верхняя поверхность 40А матричной обоймы 40 должна располагаться, преимущественно, на одном уровне с нижней поверхностью 44В матричной колодки 44 таким образом, чтобы зубчатая матрица 26, трафаретная матрица 30, опорная матрица 32 и направляющая 34 оставались жестко закрепленными на месте и, предпочтительно, не могли вращаться или иным образом перемещаться относительно друг друга в течение цикла ковки, показанного стрелкой «А». При необходимости, в устройстве согласно изобретению могут применяться другие известные в промышленности узлы и технические приемы для центрирования и/или фиксации верхних инструментов (например, трафаретной матрицы 30, опорной матрицы 32 матрицы 26).

Предпочтительно, зубчатая матрица 26 и трафаретная матрица 30 могут извлекаться и заменяться другой зубчатой матрицей (например, 26) или трафаретной матрицей (например, 30), имеющими зубья другой конфигурации и шага, другое клеймо или не имеющими центрального выступа 31. Гибкость смены зубчатой матрицы и трафаретной матрицы (например, 26 и 30) дает возможность отковывать шестерни с различными размерами, конфигурациями и шагом зубьев одним штампом 20 простым и экономичным способом.

Вторая матрица 80 включает матрицу 82 для хвостовика, имеющую выемку 84 с формой, соответствующей форме хвостовой части 98 заготовки, показанной на фиг. 6. Хотя нижеследующее описание предполагает то, что хвостовая часть 98 отковывается до ковки головной части 92, настоящее изобретение также предполагает, что головная часть 92 может отковываться до ковки хвостовой части 98.

Матрица 82 для хвостовика имеет конфигурацию, допускающую избирательное перемещение хвостовой части 98 для облегчения извлечения головной части 92 го зубчатой матрицы 26 при обратном ходе, или когда первая матрица 22 перемещается от головной части 92, как показано стрелкой «В» на фиг.2. Матрица 82 для хвостовика может иметь множество секций с различными диаметрами, примером чего являются первая часть 86, вторая часть 87 и третья часть 88 внутренней поверхности 85 на фиг.2, которые имеют разные рабочие диаметры и, в целом, имеют конфигурацию, которая соответствует форме хвостовой части 98 заготовки 16 и способствует ее поддержке, а также способствует регулированию давления, которое может прикладываться к хвостовой части 98. Типичный диапазон изменения диаметра или переходный участок 81 между частями (например, между первой частью 86 и второй частью 87) довольно резко или четко выражен (т.е. не плавный) и также имеет форму, обеспечивающую удерживание уже или ранее откованной хвостовой части 98. В альтернативном варианте, матрица 82 для хвостовика может иметь, в целом, цилиндрическую форму, что предпочтительно, если хвостовая часть 98 еще не откована.

В рамках настоящего изобретения возможно осуществление способа ковки зубьев сложной конфигурации или расположения зубьев на шестерне, и в особенности на ведущих шестернях со спиральными углами. Откованные в головной части 92 между зубьями 93 канавки могут позволять или давать возможность первой матрице 22 входить в контакт или другим образом касаться второй матрицы 80, вызывая повреждение или даже выход из строя первой и/или второй матриц 22 и 80. Для предотвращения или устранения контакта между первой и второй матрицами 22 и 80, соответственно, при ходе ковки, верхняя поверхность 83А матрицы 82 для хвостовика может включать вырез 83А, расположенный вокруг наружной части верхней поверхности 83, который содействует формированию кольцевого выступа или фланца 94 вокруг нижней части головной части 92 во время ковки, как показано на фиг.4В.

Как показано на фиг.2, в соответствии с изобретением, применен осевой ограничительный элемент 99 для облегчения извлечения откованной головной части 92 го выемки 27 зубчатой матрицы 26. В одном варианте выполнения изобретения может обеспечиваться достаточное сопротивление и/или поверхностное трение между поверхностью 98А хвостовой части 98 и внутренней поверхностью 85 матрицы 82 для ствола, при этом осевое движение откованной шестерни 90 может существенно ограничиваться, и одновременно откованная шестерня 90 может вращаться или перемещаться в радиальном направлении так, что зубья 93, в целом, начинают вывинчиваться или другим способом отсоединяются от зубчатой матрицы 26, тагам образом позволяя головной части 92 выходить из зацепления или извлекаться из выемки 27 без заусенцев или какого-либо другого повреждения зубьев 93. Сопротивление, создаваемое при этом должно быть достаточным для того, чтобы хвостовая часть 98 не извлекалась (например, не поднималась) из выемки 84 для хвостовика, когда первая и вторая матрицы (22 и 80) отделяются друг от друга (см. стрелку «В»).

Предпочтительный вариант выполнения осевого ограничительного элемента 99, согласно изобретению, включает один или более удерживающих поясов 89 или другие подходящие средства или конфигурации, которые могут применяться на внутренней поверхности 85 или вдоль нее, преимущественно предотвращающие или ограничивающие осевое перемещение откованной шестерни 90 после того, как головная часть 92 откована, и когда первая матрица 22 убирается или каким-либо другим образом отводится от второй матрицы 80. Тем не менее, удерживающий пояс 89 допускает радиальное или вращательное перемещение откованной шестерни 90, когда первую матрицу 22 убирают. Удерживающий пояс 89 может быть выемкой или другим подходящим углублением, зубцом, углубленной или неровной частью в/на внутренней поверхности 85, расположенной вокруг части внутренней поверхности 85, или может простираться, предпочтительно, на 360° вокруг внутренней поверхности 85. В альтернативном варианте удерживающий пояс 89 может включать множество подходящих углублений (не показаны), выполненных на внутренней поверхности 85. Требуется только, чтобы удерживающий пояс 89 был достаточно глубоким и/или широким настолько, чтобы полученное расширение 98В на части 98 хвостовика содействовало обеспечению достаточного сопротивления и/или поверхностного трения между частью 98 хвостовика и внутренней поверхностью 85 матрицы 82 для хвостовика. Глубина выемки в матрице 82 для хвостовика, составляющая приблизительно от 0,254 до 0,508 мм, и длина (или ширина) вдоль внутренней поверхности 85, составляющая приблизительно от 3,1 до 12,7 мм, может обеспечивать достаточное сопротивление и/или поверхностное трение, способствующее извлечению головной части 92 го выемки 27.

Удерживающий пояс 89, предпочтительно, может примыкать или располагаться в непосредственной близости к переходной зоне 81, где диаметр внутренней поверхности 85 изменяется (например, вблизи поверхности раздела первой и второй частей 86 и 87). Хотя удерживающий пояс 89 может располагаться в любой точке вдоль продольной длины внутренней поверхности 85, более предпочтительно, чтобы удерживающий пояс 89 располагался на части внутренней поверхности 85 с наибольшим диаметром (например, первой части) для получения максимального сопротивления (например, поверхностного сопротивления) для эффективного предотвращения осевого перемещения хвостовой части 98 го матрицы 82 для хвостовика, когда первая матрица 20 отведена или перемещается от второй матрицы 80.

При изготовлении шестерни 90 со сложной конфигурацией, могут предприниматься несколько предшествующих ковке операций для получения цельной заготовки 16, показанной на фиг.6. Как правило, шестерни, изготавливаемые техническими приемами и способами ковки, могут использоваться в автомобильной промышленности и в технике, работающей в тяжелых эксплуатационных условиях, и могут изготовляться из полученной горячей прокаткой или токарной обработкой заготовки из черного или цветного металла. Предпочтительно, сырьем для заготовки может быть стальной сплав с низким или средним содержанием углерода, имеющий содержание углерода в пределах приблизительно от 0,05 до 0,5%, или предпочтительно приблизительно от 2 до 4%. Примеры материалов, которые могут использоваться в настоящем изобретении, включены в AISI (Американский институт черной металлургии) №№ 8620, 8625, 8822 или 4620.

Из сырья может заготовляться отдельная цельная заготовка, как правило, имеющая, в целом, цилиндрическую форму, с использованием известных в промышленности технических приемов, таких как резка или распиливание. В настоящем изобретении объем цельной заготовки должен быть подобран правильно, и она может отрезаться так, чтобы объем был приблизительно равен объему выемки 27 и выемки для хвостовика 84, включая удерживающий пояс 89 и вырез 83А, поскольку в настоящем изобретении применяется операция закрытой ковки в матрицах.

Заготовка может покрываться или пропитываться смазочным веществом, например, графитом, которое облегчает выдавливание металла поверхностями зубчатой матрицы 26, трафаретной матрицы 30 и выемки 84 для хвостовика (например, внутренней поверхностью 85 и вырезом 83А), что, в свою очередь, способствует уменьшению возможности сцепления откованной шестерни 90 с поверхностями зубчатой матрицы 26, трафаретной матрицы 30 или матрицы 84 для хвостовика после ковки.

Цельная заготовка может первоначально отковываться с использованием обычных приемов ковки, известных специалистам в данной области техники для получения хвостовой части 98, которая показана на фиг.6. После ковки хвостовой части 98, головная часть 16А заготовки 16 может нагреваться с целесообразной быстротой до температуры, по меньшей мере, приблизительно 700°С и предпочтительно до температуры приблизительно от 850 до 1100°С для получения преимущества, заключающегося в улучшении ковкости и способности к формовке металла при повышенных температурах, так что заготовка 16 становится достаточно ковкой. В другом варианте выполнения изобретения вся заготовка (т.е. как головная, так и хвостовая части) может согласованно нагреваться и может коваться в одном штампе или прессе (например, 20) последовательно, таким образом, эффективно устраняется необходимость нагревания одного конца (например, головной части 16А) между операциями ковки.

Формирование или ковка шестерни 90 со сложной конфигурацией, согласно изобретению, может осуществляться за один ход механического пресса 20, тагам образом, эффективно уменьшается количество длительных и трудоемких операций точной механической обработки. В соответствии с изобретением, заготовка 16, подобная показанной на фиг.6, может помещаться или располагаться между первой и второй матрицами (например, 22 и 80) путем введения хвостовой части 98 в выемку 84 для хвостовика. Смазочное вещество может впрыскиваться в выемку 84 матрицы 82 для хвостовика и в негативную выемку 27 зубчатой матрицы 26 перед ходом ковки для предотвращения заедания или сцепления другим образом шестерни 90 с внутренней поверхностью 85 выемки 84 для хвостовика и ковочной поверхностью 28А.

Тогда как первая матрица 22, в целом, может под действием силы перемещаться ко второй матрице 80 в осевом направлении и, предпочтительно, вертикально вниз, как показано стрелкой «А», материал головной части 16А может вдавливаться в выемку 27, показанную на фиг.3, для формирования или ковки головной части 92 шестерни 90 со сложной конфигурацией, имеющей, в целом, необходимое расположение зубьев или конфигурацию зубьев, показанную на фиг. 4А и 4В.

Пресс или штамп 20 избирательно прикладывает достаточную силу, например, приблизительно от 500 до 3000 т (от 4,5х10⁶ до 2,7х10⁷ H) к головной части 16 А за один ход для ковки или иначе формовки головной части 92, показанной на фиг.4А-4В. Когда первая матрица 22 отковывает или иначе формует головную часть 92, часть материала хвостовой части 98 выдавливается или иначе поступает в удерживающий пояс 89, формируя расширение 98В хвостовика.

С левой стороны фиг.2 показан пресс или штамп 20 в закрытом положении после завершения операции ковки при формовании или изготовлении иным образом головной части 92 откованной шестерни 90. Впоследствии, первая матрица 22 может избирательно отводиться или перемещаться от откованной шестерни 90 относительно второй матрицы 80, предпочтительно, перемещаясь в осевом направлении вверх от второй матрицы 80, как показано стрелкой «В», и как показано на правой стороне фиг.2.

Когда первая матрица 22 отведена или перемещается от второй матрицы 80 (см. стрелку «В» на фиг.2), осевой ограничительный элемент 99 ограничивает существенное осевое перемещение откованной шестерни 90, в то же время допуская радиальное или вращательное перемещение откованной шестерни 90, благодаря чему зубья 93, в целом, могут вывинчиваться или выходить из зацепления с зубьями 28 зубчатой матрицы 26.

После того, как головная часть 92 выведена из зацепления или иначе извлечена из зубчатой матрицы 26, выталкивающий стержень (не показан) может способствовать извлечению или выталкиванию хвостовой части 98 го выемки 84 для хвостовика. Расширение 98В хвостовика должно иметь достаточно ограниченную ширину и глубину, чтобы выталкивающий стержень мог эффективно выталкивать или иначе извлекать расширение 98В хвостовика, когда хвостовая часть 98 извлекается (например, выталкивается) из матрицы 84 для хвостовика. Если поверхность полученной хвостовой части 98 недостаточно гладкая после извлечения, предполагается, что эта часть поверхности при необходимости может подвергаться дополнительной механической обработке.

Фланец 94 может быть срезан с головной части 92 или иначе удален с использованием, например, токарного станка, и поверхность откованной шестерни 90, включая и головную часть 92 и/или хвостовую часть 98, может полироваться или иначе окончательно обрабатываться с применением общеизвестных в промышленности технических приемов и оборудования.

Альтернативный вариант выполнения изобретения для изготовления или формования (т.е. ковки) головной части ведущей шестерни со сложной конфигурацией показан на фиг.5 и включает признаки и элементы, которые, по существу, идентичны соответствующим признакам и элементам, показанным на фиг. 1-4В и

6. Эти, по существу, идентичные элементы и признаки обозначены с использованием трехзначных ссылочных номеров, в которых две последние цифры соответствуют ссылочным номерам, используемым на фиг. 1-4В и 6. Соответственно, описание пресса или штампа 120 не содержит описания элементов и признаков, которые идентичны или подобны элементам, показанным на фиг. 1-4В и 6.

Осевой ограничительный элемент 199 расположен в первой матрице 122, где головная часть 192 шестерни 190 может также извлекаться или иначе выводиться из зацепления с зубчатой матрицей 126 путем, по существу, ограничения осевого движения откованной шестерни 190, в то же время, с возможностью ее перемещения в радиальном или вращательном направлении.

Первая матрица 122 может включать зубчатую матрицу 126, в целом, отцентрированную по центральной оси 191, имеющую один или более зубчатых сегментов 128. Зубчатая матрица 126 может также включать отцентрированное высверленное в ней отверстие 129, которое может иметь конфигурацию, допускающую избирательное скольжение дальней части штока 150 сквозь отцентрированное отверстие 129. Шток 150 может, в целом, иметь Т-образную конфигурацию и может иметь цилиндрический дальний конец и, предпочтительно, также может иметь ведущий выступ или центральный выступ 150А для содействия в ковке выемки или центральной выемки 196 в верхней поверхности 195 головной части 192. Ведущее кольцо 152 показано расположенным над зубчатой матрицей 126 и вокруг штока 150 и помогает удерживать шток 150 вдоль центральной оси 191 шестерни 190.

Между ведущим кольцом 152 и штоком 150 и над зубчатой матрицей 126 может располагаться одна или более пружин 154, предпочтительно, тарельчатых пружин 154, которые могут точно совмещаться с верхней поверхностью 125 зубчатой матрицы 126 и нижней поверхностью 133 кольцеобразной опорной матрицы 132. Посадочная поверхность взаимодействия опорной матрицы 132 и ближней части штока 150 может иметь такую конфигурацию, которая способствует предотвращению осевого движения опорной матрицы относительно штока 150 при возвратном ходе зубчатой матрицы 126, как показано на правой стороне фиг.5 стрелкой «В».

Над ведущим кольцом 152 и штоком 150 может располагаться кольцевидная опорная матрица 148 для штока с внутренним отверстием 149, которое включает коническую часть 149А и неконическую часть 149В, причем неконическая часть 149В имеет размеры и конфигурацию, допускающие поступательное скольжение вперед и назад дальней части 156А поршневого штока 156 сквозь коническую часть 149А. Гидравлические уплотнители 157, например, кольца, могут располагаться вокруг неконической части 149В для эффективной изоляции первой части 161В камеры 161 в цилиндре 160 и вокруг ближней части 156В поршневого штока 156 для эффективной гидравлической изоляции первой и второй частей 161А и 161В соответственно от камеры 161.

Кольцевая матричная обойма 140 показана как элемент, обеспечивающий удерживание зубчатой матрицы 126, ведущего кольца 152 и опорной матрицы 148 штока. Хотя цилиндр 160 показан на фиг.5 как единая конструкция, предполагается, что цилиндр 160 может содержать множество соединенных или собранных отдельных деталей или компонентов. Вокруг цилиндра

160 может располагаться корпус 162 цилиндра для обеспечения передачи усилия ковки через первую матрицу 122 и, более конкретно, через кольцевую опорную матрицу 148 штока и ведущее кольцо 152 зубчатой матрице 126. Корпус 162 цилиндра может также способствовать уменьшению воздействия, которое усилие ковки может оказывать на работу цилиндра 160 и его камеры 161, поршнсвого штока 156 и на работу штока 150.

В течение части операции ковки, показанной стрелкой «А» на фиг.5, в первой части 161В камеры 161 может избирательно повышаться давление до достаточного уровня, и во второй части 161А камеры 161 обеспечивается избирательный сброс давления до достаточного уровня таким образом, что шток 150 может располагаться во втянутом ковочном положении, как показано на левой стороне фиг.5.

Когда первая матрица 122 начинает отводиться или перемещаться от второй матрицы 180, как показано на правой стороне фиг.5, осевой ограничительный элемент 199 способствует, по существу, предотвращению осевого движения откованной шестерни 190. Во второй части

161 А, в которой ранее было сброшено давление, оно может избирательно повышаться до достаточного уровня, и в первой части 161В давление может избирательно сбрасываться до достаточного уровня так, что поршневой шток 156 может поддерживать свое осевое положение, будучи прижатым к верхней поверхности штока 150 или иначе входа в зацепление с ней, и предпочтительно, центральный выступ 150А остается в центральной выемке 196. Когда зубчатая матрица 126 убирается относительно второй матрицы 180, гидравлическое давление во второй камере 161А избирательно может быть достаточным для преодоления силы действия пружин 154 для поддержания осевого положения поршневого штока 156 так. что шток 150 может оставаться в контакте с верхней поверхностью 195 головной части 192 или оставаться прижатым к ней. Когда зубчатая матрица 126 и другие части первой матрицы 122 отводятся или перемещаются от второй матрицы 180, осевое движение откованной шестерни 190 может быть ограничено или предотвращено, однако хвостовая часть 198 шестерни 190 может вращаться в матрице 182 для хвостовика так, что головная часть 192 может извлекаться из зубчатой матрицы 126 без заусенец или иного повреждения зубьев 193 на откованной головной части 192.

В альтернативном варианте удерживающий пояс (например, 89 на фиг.2) может также применяться в матрице 182 для хвостовика для дополнительного облегчения при извлечении головной части 192 го зубчатой матрицы 126.

Показанные и описанные предпочтительные варианты выполнения изобретения, дополнительные модификации устройства и способа ковки шестерни, как здесь описано, могут осуществляться специалистом в данной области техники с любыми усовершенствованиями, не выходящими за сущность изобретения. Например, изобретение было описано в варианте с подвижной первой матрицей 22, тогда как вторая матрица 80 остается неподвижной. Предполагается, что изобретение может включать вторую матрицу 80, которая подвижна, тогда как первая матрица 22 остается неподвижной. Кроме того, настоящее изобретение может использоваться для ковки различных типов шестерен, например, коронных шестерен или ведущих шестерен. Хотя предшествующее описание требовало того, чтобы хвостовая часть 98 заготовки отковывалась в первую очередь, предполагается, что головная часть 16 А заготовки 16 может отковываться для получения головной части 92 до ковки хвостовой части 98, или что ковка головной части и хвостовой части 98 заготовки может осуществляться в одном штампе. Другие возможные модификации являются очевидными для специалистов в данной области техники. Соответственно, рамки настоящего изобретения определяются нижеследующей формулой изобретения, но оно не ограничивается деталями, конструкцией и работой, приведенной в описании и показанной на чертежах.

Claims

1. Устройство для изготовления ковкой цельной заготовки (16), имеющей головную часть (16А) и хвостовую часть (98) для получения кованой шестерни (90), имеющей головную часть (92) со сложной конфигурацией, содержащее

А первую матрицу (7.Ί, 122) и вторую матрицу (80, 180), отличающееся тем, что первая и вторая матрицы (22, 122, 80, 180) выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга, причем первая матрица (22, 122) имеет зубчатую матрицу (26, 126) с негативной выемкой (27, 127) в ней, соответствующую головной части (92) со сложной конфигурацией для ковки головной части (16А); и

Ь) имеется осевой ограничительный элемент (99, 199), расположенный, по меньшей мере, в одной из указанных первой и второй матриц (22, 122, 80, 180) и имеющий конфигурацию, способствующую ограничению осевого движения кованой шестерни и извлечению го15 ловной части (92) со сложной конфигурацией из негативной выемки (27, 127).

2. Устройство по π. 1, отличающееся тем, что ограничительный элемент (99, 199) имеет конфигурацию, допускающую радиальное перемещение кованой шестерни (90), когда первая матрица (22, 122) перемещается от второй матрицы (80, 180).

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что вторая матрица (80, 180) содержит матрицу (82) для хвостовика, имеющую внутреннюю поверхность (85), матрица (82) для хвостовика имеет конфигурацию, соответствующую хвостовой части (98) цельной заготовки (16), которая имеет поверхность (98А), а осевой ограничительный элемент (99, 199) содержит структуру (85, 99), имеющую конфигурацию, обеспечивающую осевое сопротивление между поверхностью (98А) хвостовой части (98) и внутренней поверхностью (85).

4. Устройство по п.З, отличающееся тем, что ограничительный элемент (99) имеет удерживающий пояс (89) с углублением, сформированным на внутренней поверхности (85) для формирования утолщения (98В) хвостовика на поверхности (98А) его части (98).

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что углубление сформировано так, что оно простирается, по существу, вокруг всей периферии внутренней поверхности (85).

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что удерживающий пояс (89) содержит, по меньшей мере, два углубления, сформированных на внутренней поверхности (85).

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что углубление (89) имеет глубину приблизительно от 0,254 до 0,508 мм.

8. Устройство по п.4, отличающееся тем, что матрица (82) для хвостовика содержит множество частей (86, 87 и 88), каждая из которых имеет разный рабочий наружный диаметр, и удерживающий пояс (89) расположен в части (86) с наибольшим наружным рабочим диаметром.

9. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит средство (86) для удаления расширения (98В) хвостовика.

10. Устройство по π. 1, отличающееся тем, что ограничительный элемент (199) расположен в первой матрице (22).

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что первая матрица (22, 122) содержит зубчатую матрицу (26, 126), имеющую просверленное отверстие (129), через которое проходит поток (150) для поддержания упора преимущественно в головную часть (92) со сложной конфигурацией, когда зубчатая матрица (126) перемещается от второй матрицы (180).

12. Устройство по π. 1, отличающееся тем, что ограничительный элемент (99, 199) расположен в первой и второй матрицах (22 и 80).

13. Способ изготовления кованой шестерни (90), имеющей головную часть (92) со сложной конфигурацией и хвостовую часть (98), из цельной заготовки (16), содержащий следующие операции:

a) подготовку пресса (20, 120) и отличающийся комбинацией

b) ковки головной части (16 А) из цельной заготовки (16) при помощи указанного пресса (20, 120) с получением сложной конфигурации (92);

c) ограничения осевого перемещения кованой шестерни (90); и

d) извлечения кованой головной части (92) из пресса (20, 120).

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что он дополнительно содержит операцию ограничения осевого движения кованой шестерни (90) с возможностью радиального перемещения кованой шестерни (90).

15. Способ по п. 13, отличающейся тем, что он дополнительно содержит следующие операции:

e) подготовки пресса (20, 120), имеющего первую матрицу (22, 122) и вторую матрицу (80, 180); и

1) приложения сопротивления к хвостовой части (98) кованой шестерни (90) для ограничения осевого перемещения кованой шестерни (90) с возможностью радиального перемещения кованой шестерни (90).

16. Способ по п. 14, отличающийся тем, что он содержит следующие операции:

е) подготовки пресса (20, 120), имеющего первую матрицу (22, 122) и вторую матрицу (80, 180), причем первая матрица (22, 122) включает зубчатую матрицу (26, 126) с просверленным отверстием (129) и шток (150), который может проходить с избирательным скольжением через отверстие (129);

1) упора штока (150) в головную часть (92) кованой шестерни (90); и

g) перемещения зубчатой матрицы (126) от кованой шестерни (90) относительно второй матрицы (80, 180).

17. Способ изготовления кованой шестерни (90), имеющей головную часть (92) со сложной конфигурацией и хвостовую часть (98), из цельной заготовки (16), содержащий следующие операции:

a) подготовки штампа (20, 120), имеющего первую матрицу (22, 122) и вторую матрицу (80, 180) и отличающегося комбинацией указанной первой матрицы (80, 180), имеющей матрицу (82) для хвостовика, с удерживающим поясом (89), выполненным во внутренней поверхности (85) матрицы (82) для хвостовика;

b) ковки головной части (92) со сложной конфигурацией заготовки (16) при помощи штампа (20, 120);

c) ковки с расширением хвостовой части (98) в удерживающем поясе (89); и

d) извлечения головной части (92) со сложной конфигурацией из штампа (20, 120).

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что он содержит операцию, по существу, ограничения осевого движения кованой шестерни (90) с возможностью радиального перемещения кованой шестерни (90).

Фиг. 1

19. Способ по п.17, отличающийся тем, что он содержит операцию извлечения кованой шестерни (90) из второй матрицы (80, 180).

20. Способ по п.17, отличающийся тем, что он содержит операцию удаления расширения (98) с части (98В) хвостовика.