專利名稱：直齒圓柱齒輪擠壓凹模的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于金屬擠壓成形的擠壓模具。更具體地說是一種尤其是用于直齒圓柱齒輪擠壓成型的擠壓模。
背景技術(shù)：
目前普遍使用的直齒圓柱齒輪擠壓模主要存在的問題是擠壓成型過程中擠壓力大、齒形部分充滿難、凹模漸開線部分磨損大等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種擠壓力小，齒形部分容易充滿，凹模漸開線不易磨損、壽命長的直齒圓柱齒輪擠壓凹模。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是a、所述凹模入口直徑大于成型齒輪分度圓直徑、小于成型齒輪齒頂圓直徑；b、所述凹模成形段未端的齒間間隙幾何形狀及尺寸與成型齒輪平面投影的齒廓一致；c、所述凹模成形段任意橫斷面，除齒廓頂部圓弧r至齒間側(cè)壁之切點(diǎn)外，齒間其余部分幾何形狀尺寸均與凹模成形段未端相應(yīng)部位一致，周節(jié)所對(duì)之中心角相同。
本發(fā)明模具在擠壓成型時(shí)，是使凹模齒廓部分的金屬在擠壓力的作用下產(chǎn)生徑向流動(dòng)，從而充滿凹模齒間間隙，只有當(dāng)齒間間隙充滿之后，若有多余的金屬，才有可能產(chǎn)生縮徑的軸向流動(dòng)。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在1、本發(fā)明模具用于金屬擠壓成型，由于獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)置，在其逐步成型的過程中，成形段的任意橫斷面，除齒廓頂部圓弧r至齒間側(cè)壁之切點(diǎn)外，齒間其余部分幾何形狀尺寸均與凹模成形段未端相應(yīng)部位一致，因此凡已擠入凹模齒間間隙的金屬部分，便已局部成形，在后繼擠壓過程中，這部分已成型的金屬只作剛性徑向移動(dòng)，并不參予塑性變形。凹模齒間壁部對(duì)這一部分已局部成型金屬的徑向移動(dòng)，在齒間間隙充滿前并不形成阻力。故成形容易。
2、對(duì)于凹模齒頂圓圓內(nèi)的毛坯金屬來說，因受到摩擦力以及與摩擦力同一方向上擠壓力分力的作用，金屬沿軸線流動(dòng)阻力很大。這使得在擠壓過程中，金屬充滿相應(yīng)成形段的齒間間隙之前是不可能產(chǎn)生縮減毛坯橫斷面面積的軸向流動(dòng)的。這在設(shè)計(jì)中為選擇毛坯的橫斷面面積提供了可靠的依據(jù)。
3、對(duì)于金屬的已局部成形部分，在擠壓過程中，沿凹模齒間間隙順擠壓力方向移動(dòng)時(shí)，因受到與摩擦力方向相反的擠壓力分力的作用，因而減小了摩擦的影響，利于該部分金屬的移動(dòng)。這一點(diǎn)對(duì)于中碳鋼的冷擠壓，防止已成形的局部金屬的齒廓部分產(chǎn)生橫向裂紋十分有利。
4、本發(fā)明模具在整個(gè)擠壓過程中，凹模齒頂面是使毛坯金屬產(chǎn)生塑性流動(dòng)的唯一施壓面，與凹模齒間側(cè)壁比較也是最大磨損面，其對(duì)應(yīng)的正是所擠金屬齒輪齒根部分。對(duì)于全齒輪的公差帶來說，齒輪齒根部分正是公差帶最寬的地方。僅從這一點(diǎn)來看，本發(fā)明模具使用壽命更長。
5、毛坯的斷面縮減率越小、擠壓力也越小。使用本發(fā)明模具，毛坯擠壓的斷面縮減率理論值為“零”，具體實(shí)施中采用毛坯的斷面縮減率為1-9％，較之已有技術(shù)中的約為40％的斷面縮減率，本發(fā)明成形所需的擠壓力可大大降低。
6、與本發(fā)明相關(guān)的結(jié)構(gòu)形式同樣可以設(shè)計(jì)為直齒非圓柱齒輪擠壓模，以及帶有梯形(兩側(cè)均有一定斜度)凸翅的直軸和管形件的擠壓模。
圖面說明

圖1為本發(fā)明直齒圓柱齒輪擠壓凹模工作部分局部剖視。
圖2為本發(fā)明凹模內(nèi)側(cè)壁局部放大示意圖。
圖3為本發(fā)明凹模成形橫截面示意圖。
圖4為本發(fā)明凹模與毛坯擠壓狀況橫截面示意圖。
圖中，1凸模、2導(dǎo)向段、3成型段、4支承段、5凹模墊板、6跡線、7斜壁、8切點(diǎn)、9齒間隙、10已成形部分。
具體實(shí)施例方式參見附圖1，本實(shí)施例中的凹模自毛坯入口至成形金屬出口，依次為導(dǎo)向段2、成形段3、支承段4和凹模墊板5。在凹模的導(dǎo)向段2中，凹模入口直徑應(yīng)大于成型齒輪分度圓直徑、小于成型齒輪齒頂圓直徑，毛坯的直徑作相應(yīng)設(shè)置。凸模1與凹模之導(dǎo)向段2的單邊間隙不大于0.15mm，為使支承更為有效，成形段3與支承段4應(yīng)設(shè)計(jì)為整體結(jié)構(gòu)。
圖2所示，凹模成形段4的未端(圖中所示為B-C斷面)，其齒間間隙幾何形狀及尺寸與成型齒輪平面投影的齒廓一致。包括凹模齒根圓半徑R’為所擠齒輪的齒頂圓半徑，凹模頂圓半徑R”為所擠齒輪齒根半徑，凹模的分度圓與周節(jié)(360°/Z、Z為齒數(shù))與所擠齒輪相同。R0為所選毛坯半徑。
參見圖2、圖3和圖4，在凹模成形段任意橫斷面(圖中所示為D-E斷面)上，除齒廓頂部圓弧r至齒間側(cè)壁之切點(diǎn)8外，齒間其余部分幾何形狀尺寸均與凹模成形段未端(B-C斷面)相應(yīng)部位一致，周節(jié)所對(duì)之中心角相同，均為360°/Z。若將D-E斷面中金屬已成形部分10(圖4所示)直接移入B-C斷面的齒間間隙9中，則已成形部分10與B-C斷面的齒間側(cè)壁與凹模根部有一明顯的間隙，其間隙值在徑向?yàn)閔，當(dāng)已成形部分10要完全充滿B-C斷面的齒間隙9時(shí)，顯然已成形部分10只需作剛性徑向流動(dòng)，齒間隙9的側(cè)壁不可能對(duì)其形成阻力。成形過程中真正能對(duì)D-E斷面已成形部分10構(gòu)成徑向流動(dòng)阻力的，只有凹模齒頂圓弧r所擠出的金屬齒間側(cè)壁的接觸段的長度，就B-C斷面與D-E斷面而言，該長度在徑向?yàn)閔，但在擠壓這一連續(xù)變形過程中，其齒間側(cè)壁接觸段的長度趨近于“零”，因此利于徑向擠壓時(shí)齒形充滿。
圖2示出，本實(shí)施例中，凹模在齒頂形成了內(nèi)傾的AC斜壁7，擠壓力P1在該AC斜壁7上產(chǎn)生了一個(gè)與擠壓方向相反的分力P3，該分力P3因與摩擦力同一方向而增大摩擦的總體效果，且該斜壁7的長度最長(斜壁7的長度為成形段全長)，金屬沿軸線流動(dòng)阻力大，利于毛坯金屬的徑向流動(dòng)。具體實(shí)施中，凹模齒頂應(yīng)為凸圓弧，并與齒間側(cè)壁相切，該圓弧面是毛坯金屬性產(chǎn)生塑性流動(dòng)的唯一的施壓面。
如圖2所示，為便于線切割，凹模成形段3的齒根軸向跡線6可以設(shè)計(jì)成AB直線。當(dāng)毛坯金屬充滿相應(yīng)凹模齒間間隙后，在凹模齒根軸向跡線AB面上產(chǎn)生作用于已成形部分的齒頂合力P4，由P4分解為水平分力P5和垂直分力P6，其中P5的作用只近似為靜水壓，不可能使已成形部分產(chǎn)生任何變形與流動(dòng)，P6因與摩擦力方向相反，因而減小了摩擦力的影響。
考慮到凹模本身的制造工藝，以及為了使毛坯金屬在擠壓時(shí)能完全充滿各相應(yīng)段凹模齒間間隙，實(shí)際設(shè)計(jì)中，所選毛坯的橫斷面面積應(yīng)使其斷面縮減率在1-9％之間。
擠壓力因毛坯的斷面縮減率的減小而減小。當(dāng)毛坯斷面縮減率增大到8％以上時(shí)，按金屬轉(zhuǎn)移面積計(jì)算，則AC近似為一直線，這一點(diǎn)為修整凹模齒頂凸圓弧提供了方便。
在用45鋼經(jīng)軟化，潤滑后冷擠齒數(shù)z＝19，模數(shù)m＝2.5mm的直齒圓柱齒輪時(shí)，采用斷面縮減率為8.3％的毛坯，AC為一直線，在315T液壓機(jī)順利擠壓成形。
權(quán)利要求
1.直齒圓柱齒輪擠壓凹模，其特征是a、所述凹模入口直徑大于成型齒輪分度圓直徑、小于成型齒輪齒頂圓直徑；b、所述凹模成形段未端(B-C斷面)的齒間間隙幾何形狀及尺寸與成型齒輪平面投影的齒廓一致；c、所述凹模成形段任意橫斷面(D-E斷面)，除齒廓頂部圓弧r至齒間側(cè)壁之切點(diǎn)(8)外，齒間其余部分幾何形狀尺寸均與凹模成形段未端(B-C斷面)相應(yīng)部位一致，周節(jié)所對(duì)之中心角相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直齒圓柱齒輪擠壓凹模，其特征是所述凹模齒頂為凸圓弧，并與齒間側(cè)壁相切。
全文摘要
直齒圓柱齒輪擠壓凹模，其特征是凹模入口直徑大于成型齒輪分度圓直徑、小于成型齒輪齒頂圓直徑；凹模成形段未端的齒間間隙幾何形狀及尺寸與成型齒輪平面投影的齒廓一致；凹模成形段任意橫斷面，除齒廓頂部圓弧至齒間側(cè)壁之切點(diǎn)外，齒間其余部分幾何形狀尺寸均與凹模成形段末端相應(yīng)部位一致，周節(jié)所對(duì)之中心角相同。本發(fā)明金屬成型所需的擠壓力小，齒形部分容易充滿，凹模漸開線不易磨損，使用壽命長。
文檔編號(hào)B21C25/00GK1544175SQ20031010648
公開日2004年11月10日 申請(qǐng)日期2003年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月27日
發(fā)明者劉永熙, 王強(qiáng), 杜曉東 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)