專利名稱：一種非對稱圓柱齒輪冷精密成形裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械制造行業(yè)中冷精密成形工藝及其裝置，具體是涉及一種非對稱圓柱齒輪冷精密成形裝置，適用于形狀不對稱的齒輪的生產(chǎn)。
背景技術(shù)：
目前Η/D(高度H與直徑D)較大的齒輪可用正擠壓方法解決已不是工程難度，但圓柱齒輪大多數(shù)是平扁形的，一般H/D〈l/2 1/10，而扁平型齒輪，只能采用帶齒形的沖頭，在齒形凹模中鐓粗毛坯，使毛坯徑向流動(dòng)而成形，如圖I所示，由于凹模7的齒形是逐步變窄的，所以要徑向流動(dòng)充滿齒形是相當(dāng)困難的，或需要相當(dāng)高的加壓應(yīng)力(可高達(dá)3000 4000Mpa)，使模具承受不了，冷鍛模具最高許用應(yīng)力一般為< 2500Mpa，所以圓柱齒輪冷成形的最大難點(diǎn)是要尋求既能使齒形充滿而模具受力不超過許用范圍的冷成形方法。目前國內(nèi)外研究比較多的是研究直齒圓柱齒輪的冷成形方法，因它與斜齒圓柱齒輪成形同樣有成形應(yīng)力高的問題。圖2為日本的二步法冷成形齒輪的工藝圖，第一步先預(yù)成形，成形出沒有充滿齒形的預(yù)成形坯料，高度比終成形的齒輪要高，然后把該坯料沖孔，將這個(gè)帶孔的預(yù)成形坯料再進(jìn)行第二步終成形，用中孔分流成形來降低成形應(yīng)力，使成形應(yīng)力控制在模具許用應(yīng)力范圍，其它國家也用類似的二步法進(jìn)行研究，我國南昌大學(xué)用Al、Pb等材料對不同成形方法進(jìn)行模擬試驗(yàn)，但均未用鋼材進(jìn)行試驗(yàn)。某大學(xué)用二步成形法，中孔分流減壓措施，其成形應(yīng)力仍高達(dá)3000Mpa。日本學(xué)者Koji Harada;Hisanobu Kanamaru二人研究了斜齒圓柱齒輪的冷成形方法(美國專利號=5746085)，采用兩步雙向鐓擠方法成形，如圖3所示。第一步雙向成形一個(gè)斜齒圓柱齒輪的初形，第二步進(jìn)行雙向成形把初形鐓成最終產(chǎn)品(H>h)，用兩步冷成形工藝復(fù)雜，需要預(yù)成形、終成形，有的需要中間退火及潤滑。要把已預(yù)成形的斜齒圓柱齒輪初坯再放入斜齒凹模比較困難，不便于工業(yè)應(yīng)用。本發(fā)明的申請人鄭州機(jī)械研究所對直齒圓柱齒輪的冷成形進(jìn)行了深入的研究，已研究成功了雙向擠鐓直齒圓柱齒輪冷成形新工藝(已獲發(fā)明專利，專利號ZL03126356P)，此方法用雙向擠鐓降低了成形應(yīng)力，一步成形了直齒圓柱齒輪，改變了其他學(xué)者二步成形方法。本申請人也研究了斜齒輪冷精密成形的工藝，由于斜齒輪比直齒輪齒形復(fù)雜，它是沿軸向旋轉(zhuǎn)的，齒形充滿更困難，所以比直齒輪成形應(yīng)力高，用上述發(fā)明的雙向擠鐓法成形斜齒輪也不現(xiàn)實(shí)。由于發(fā)明了雙向內(nèi)外沖頭可控雙向擠鐓工藝，成功實(shí)現(xiàn)了一步成形斜齒輪。上述專利由于是等速的雙向擠鐓，成形的齒輪上下形狀是對稱的，所以該方法對成形上下對稱的齒輪比較合適，但在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，有比較大的一部分齒輪是上下不對稱的，所以需進(jìn)一步研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題與不足，而提供一種非對稱圓柱齒輪冷精密成形裝置，可一步直接成形非對稱圓柱齒輪，其成形齒輪精度達(dá)到8級。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明采用速度可控的雙向擠鐓及內(nèi)外沖頭可控行程的分流成形方式達(dá)到雙重降低成形應(yīng)力的工藝，可實(shí)現(xiàn)在冷作模具材料強(qiáng)度允許應(yīng)力(2500Mpa)范圍內(nèi)一步成形出齒形充滿形狀不對稱的圓柱齒輪具體說，本發(fā)明的非對稱圓柱齒輪冷精密成形裝置包括安裝在基座上的下模架、位于下模架上方的運(yùn)動(dòng)凹模、設(shè)置在運(yùn)動(dòng)凹模上方的上模架；在所述下模架內(nèi)由下至上依次設(shè)置有下內(nèi)置油缸和中空柱形結(jié)構(gòu)的下外沖頭，在下外沖頭的中空柱腔內(nèi)安裝有下內(nèi)沖頭；所述運(yùn)動(dòng)凹模是由移動(dòng)橫梁和安裝在移動(dòng)橫梁中間位置處的設(shè)置的模腔內(nèi)的成形凹模，所述移動(dòng)橫梁的兩端分別與豎直設(shè)置在下模架兩側(cè)的用于控制移動(dòng)橫梁上下位移的油缸相結(jié)合；在所述上模架內(nèi)由上至下依次設(shè)置有是內(nèi)置油缸和中空柱形結(jié)構(gòu)的上外沖頭，在下外沖頭的中空柱腔內(nèi)安裝有上內(nèi)沖頭；且所述的成形凹模與上下外沖頭、上下內(nèi)沖頭均以共軸線方式設(shè)置?？刂埔苿?dòng)凹模的移動(dòng)速度，可實(shí)現(xiàn)在單向壓力機(jī)上等速或非等速雙向加載。本發(fā)明中所述的上、下內(nèi)置油缸的承壓范圍為50MPa — IOOMPa的超高壓系統(tǒng)。本發(fā)明中所述各油缸分別通過連接管路與液壓動(dòng)力源相連接。利用本發(fā)明的成形裝置，更換上下內(nèi)外沖頭及凹模即可雙向可控鐓擠成形其它形狀零件——除齒輪外的需雙向成形的零件，如十字軸等。本發(fā)明的工作原理與過程如下
在壓力機(jī)滑塊向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，毛坯放入成形凹模后，壓力機(jī)滑塊下行，上模架下行，當(dāng)上內(nèi)沖頭接觸毛坯后，滑塊繼續(xù)下行，則上內(nèi)沖頭開始擠壓毛坯，同時(shí)移動(dòng)橫梁按油缸控制的速度開始下行。而此時(shí)下內(nèi)沖頭由下內(nèi)置油缸的油壓頂著固定不動(dòng)，所以也開始對毛坯進(jìn)行擠壓，形成上下內(nèi)沖頭、雙向同時(shí)對毛坯開始擠孔。滑塊下行速度與移動(dòng)橫梁下行速度之比要根據(jù)齒輪形狀不對稱程度決定。毛坯的金屬在流向齒形的同時(shí)，也向毛坯的高度方向反向流動(dòng)，當(dāng)擠壓到一定位置，上下內(nèi)沖頭所受的壓力達(dá)到上下內(nèi)置油缸調(diào)定的壓力時(shí)，上下內(nèi)置油缸開始在壓力作用下開始排油，此時(shí)上下內(nèi)沖頭停止擠進(jìn)。此時(shí)壓力機(jī)滑塊及移動(dòng)橫梁仍在下行，所以上下帶齒形外沖頭開始鐓擠毛坯，直至最終成形齒輪。在上下外沖頭鐓擠毛坯時(shí)，開始時(shí)上下內(nèi)沖頭在上下內(nèi)置油缸壓力作用下基本不動(dòng)，當(dāng)上下外沖頭擠壓毛坯14成形齒形的成形應(yīng)力進(jìn)一步提高時(shí)，在增高壓力作用下，上下內(nèi)置油缸加速排油，使上下內(nèi)沖頭有一個(gè)后退的動(dòng)作，即達(dá)到分流成形的目的，從而降低最終成形應(yīng)力，使成形應(yīng)力降至冷作模具材料強(qiáng)度允應(yīng)力(2500Mpa)范圍內(nèi)，所以能在工業(yè)生產(chǎn)中得到實(shí)際應(yīng)用。齒形精度可達(dá)8級，對大部分齒輪來說，齒面可不再加工，對精度要求高的齒輪，可加后序剃齒或磨齒工序。本發(fā)明的有益效果如下
I、工藝簡單流程短，達(dá)到冷精密成形的高效、節(jié)能、節(jié)材的目的。2、只需要一步法的一套成形模架，即可成形非對稱圓柱齒輪，節(jié)省了模具材料及加工非用。3、本發(fā)明與已有的斜齒輪冷成形裝置相比，設(shè)置了一個(gè)可控的移動(dòng)橫梁，使凹模的運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)可控，以調(diào)節(jié)雙向擠鐓時(shí)上下不同速率，達(dá)到成形形狀不對稱的圓柱齒輪目的，也可調(diào)整合適的速率比成形形狀對稱的圓柱齒輪，所以應(yīng)用范圍擴(kuò)大了，可成形不同形狀的直齒、斜齒圓柱齒輪。
4、本發(fā)明應(yīng)用移動(dòng)橫梁的裝置，實(shí)現(xiàn)了雙向擠鐓，又增加內(nèi)沖頭分流成形機(jī)構(gòu)，達(dá)到雙重降低齒輪成形應(yīng)力高的難題，使齒輪冷精密成形能在生產(chǎn)中應(yīng)用
5、齒輪齒形精度高，生產(chǎn)效率高。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)的圓柱齒輪鐓擠徑向流動(dòng)成形示意圖。圖中1’為沖頭，2’為凹模，3’為坯料，4’為墊板。圖2是日本的二步法冷成形齒輪的工藝圖。圖3是美國專利兩步成形斜齒圓柱齒輪專利工藝圖 圖4為本發(fā)明所用齒輪毛坯示意圖。 圖5是本發(fā)明的成形裝置示意圖。圖4、5中序號1為上模架,2為上內(nèi)置油缸,3為上外沖頭,4上內(nèi)沖頭,5為成形凹模，6為成形齒輪，7為移動(dòng)橫梁，8為下內(nèi)沖頭，9為下外沖頭，10為下內(nèi)置油缸，11為用于控制移動(dòng)橫梁上下位移的油缸，12為上模架，13為基座，14為毛坯。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明以下將結(jié)合實(shí)施例(附圖)作進(jìn)一步描述
如圖4、5所示本發(fā)明的非對稱圓柱齒輪冷精密成形裝置包括安裝在基座上的下模架12、位于下模架上方的運(yùn)動(dòng)凹模、設(shè)置在運(yùn)動(dòng)凹模上方的上模架I ;在所述下模架內(nèi)由下至上依次設(shè)置有下內(nèi)置油缸10和中空柱形結(jié)構(gòu)的下外沖頭9，在下外沖頭9的中空柱腔內(nèi)安裝有下內(nèi)沖頭8 ;所述運(yùn)動(dòng)凹模是由移動(dòng)橫梁7和安裝在移動(dòng)橫梁7中間位置處的設(shè)置的模腔內(nèi)的成形凹模5，所述移動(dòng)橫梁7的兩端分別與豎直設(shè)置在下模架兩側(cè)的用于控制移動(dòng)橫梁上下位移的油缸11相結(jié)合；在所述上 模架內(nèi)由上至下依次設(shè)置有是內(nèi)置油缸2和中空柱形結(jié)構(gòu)的上外沖頭3，在下外沖頭3的中空柱腔內(nèi)安裝有上內(nèi)沖頭4 ;且所述的成形凹模5與上下外沖頭、上下內(nèi)沖頭均以共軸線方式設(shè)置；所述的上、下內(nèi)置油缸2、10的承壓范圍為50MPa — IOOMPa的超高壓系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種非對稱圓柱齒輪冷精密成形裝置，其特征在于它包括安裝在基座上的下模架、位于下模架上方的運(yùn)動(dòng)凹模、設(shè)置在運(yùn)動(dòng)凹模上方的上模架；在所述下模架內(nèi)由下至上依次設(shè)置有下內(nèi)置油缸和中空柱形結(jié)構(gòu)的下外沖頭，在下外沖頭的中空柱腔內(nèi)安裝有下內(nèi)沖頭；所述運(yùn)動(dòng)凹模是由移動(dòng)橫梁和安裝在移動(dòng)橫梁中間位置處的設(shè)置的模腔內(nèi)的成形凹模，所述移動(dòng)橫梁的兩端分別與豎直設(shè)置在下模架兩側(cè)的用于控制移動(dòng)橫梁上下位移的油缸相結(jié)合；在所述上模架內(nèi)由上至下依次設(shè)置有是內(nèi)置油缸和中空柱形結(jié)構(gòu)的上外沖頭，在下外沖頭的中空柱腔內(nèi)安裝有上內(nèi)沖頭；且所述的成形凹模與上下外沖頭、上下內(nèi)沖頭均以共軸線方式設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的非對稱圓柱齒輪冷精密成形裝置，其特征在于所述的上、下內(nèi)置油缸的承壓范圍為50MPa — IOOMPa的超高壓系統(tǒng)。
全文摘要
一種非對稱圓柱齒輪冷精密成形裝置，它包括安裝在基座上的下模架、位于下模架上方的運(yùn)動(dòng)凹模、設(shè)置在運(yùn)動(dòng)凹模上方的上模架；在所述下模架內(nèi)由下至上依次設(shè)置有下內(nèi)置油缸和中空柱形結(jié)構(gòu)的下外沖頭，在下外沖頭的中空柱腔內(nèi)安裝有下內(nèi)沖頭；所述運(yùn)動(dòng)凹模是由移動(dòng)橫梁和安裝在移動(dòng)橫梁中間位置處的設(shè)置的模腔內(nèi)的成形凹模，所述移動(dòng)橫梁的兩端分別與豎直設(shè)置在下模架兩側(cè)的用于控制移動(dòng)橫梁上下位移的油缸相結(jié)合；在所述上模架內(nèi)由上至下依次設(shè)置有是內(nèi)置油缸和中空柱形結(jié)構(gòu)的上外沖頭，在下外沖頭的中空柱腔內(nèi)安裝有上內(nèi)沖頭；且所述的成形凹模與上下外沖頭、上下內(nèi)沖頭均以共軸線方式設(shè)置。
文檔編號B21K1/30GK102615236SQ20121009688
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月5日
發(fā)明者劉丹, 劉華, 劉百宣, 孫紅星, 張燮昌, 王偉欽 申請人:鄭州機(jī)械研究所