專利名稱：內(nèi)螺旋圓柱齒輪旋轉(zhuǎn)冷擠壓模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種齒輪加工技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種內(nèi)螺旋圓柱齒輪旋轉(zhuǎn) 冷擠壓模具。
背景技術(shù)：
螺旋圓柱齒輪具有廣泛的用途，可用于大功率電動工具與其它傳動組件的配套需 求。將內(nèi)螺旋圓柱齒輪結(jié)構(gòu)用于傳動機構(gòu)時，其齒形嚙合率為普通正齒輪的兩倍以上，工作 中運轉(zhuǎn)平順，噪音小，同時螺旋圓柱齒輪還具備高輸出扭矩和低背隙的特性。內(nèi)螺旋圓柱齒輪的現(xiàn)有加工方法主要為機械切削加工，如采用車削加工或銑牙機 安裝內(nèi)銑頭加工，加工難度大、成本高、生產(chǎn)效率低，且材料利用率不高。由于切削加工會產(chǎn) 生“齒形分度不均”這一嚴(yán)重缺陷，同時切削加工會導(dǎo)致金屬纖維被切斷，以致加工出的內(nèi) 螺旋圓柱齒輪的強度降低，使用壽命縮短。除切削加工外，有時也采用滾齒方法加工內(nèi)螺旋圓柱齒輪，即采用粉末冶金復(fù)壓 復(fù)燒后得到坯材，再通過滾齒工藝進行加工。但滾齒加工所得零件齒形精度及機械性能較 差，且批量一致性差，不適合大批量生產(chǎn)。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，近年來有人采用擠壓鍛造的方法生產(chǎn)螺旋圓柱 齒輪，B. A. Behrens, E. Doege等采用完全閉式模具熱擠壓鍛造成形螺旋圓柱齒輪，見 B.A. Behrens, E.Doege et., Precision forging processes for high-duty automotive components (高強度汽車零件生產(chǎn)中的精密鍛造工藝)，Journal of Materials Processing Technology Vol. 185(2007) :139-146 ;S. Y. Jung，M. C. Kang等采用兩套模具先 將坯料冷擠壓成形正齒輪，再將成形的正齒輪鍛成螺旋齒輪，見S. Y. Jung,M. C. Kang et.，A Study on the Extrusion by a two-step process formanufacturing helical gear(基 于兩步法擠壓生產(chǎn)螺旋齒輪的研究)Jnt J Adv Manuf Technol, Vol. 41 (2009) =684-693 上述方法均采用閉式模具鍛造，鍛造力大，模具壽命低，而且僅適用于成形外螺旋齒輪，關(guān) 于擠壓鍛造成形內(nèi)螺旋圓柱齒輪，目前還無公開文獻報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種內(nèi)螺旋圓柱齒輪旋轉(zhuǎn)冷擠壓模 具，將冷擠壓鍛造方法應(yīng)用到內(nèi)螺旋圓柱齒輪生產(chǎn)，不僅改善了現(xiàn)有機械切削方法以及滾 齒方法存在的不足，而且解決了采用一般閉式模具鍛造，鍛造力大的問題，延長了模具壽 命，便于生產(chǎn)操作，利于成本節(jié)約，同時可提高生產(chǎn)效率、材料利用率和產(chǎn)品精度。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括上模結(jié)構(gòu)和下模結(jié)構(gòu)，其中上模結(jié)構(gòu)包括凸模、凸模定位圈、凸模固定圈、凸模座、凸模上墊板、止推軸承和 上模座，其中凸模定位圈、凸模固定圈、凸模由外而內(nèi)依次套接，止推軸承設(shè)置于凸模定位 圈內(nèi)并與凸模上端相連接，凸模定位圈和凸模上墊板分別固定于凸模座內(nèi)，凸模座與上模 座固定連接；
下模結(jié)構(gòu)包括卸料板、凹模、凹模定位圈、凹模下墊板調(diào)節(jié)板、凹模下墊板、限位 塊、頂桿套筒、頂桿和下模座，其中卸料板活動設(shè)置于下模座上方，凹模下墊板調(diào)節(jié)板、凹 模下墊板、限位塊和凹模依次由下而上設(shè)置于凹模定位圈內(nèi)，凹模定位圈固定于下模座內(nèi)， 頂桿設(shè)置于頂桿套筒中固定在下模座中并與凹模下墊板調(diào)節(jié)板相接觸。所述的凸模為階梯形直徑由上至下逐漸減小的圓錐體，凸模的頂端在成形過程中 作為擠壓坯料的芯軸，與芯軸相鄰為凸模的工作部分，加工成螺旋齒形。所述的凸模與凸模定位圈采用間隙配合，凸模定位圈與凸模固定圈采用過盈配 合，通過凸模旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)內(nèi)螺旋齒形件擠壓旋轉(zhuǎn)成形和旋轉(zhuǎn)卸料。所述的凹模兩側(cè)設(shè)有滾珠軸承，滾珠軸承與凹模之間采用過盈配合，滾珠軸承與 凹模下墊板之間采用間隙配合，保證擠壓過程凹模能夠旋轉(zhuǎn)，有效降低擠壓成形過程中的 阻力，避免凸模齒形發(fā)生損壞。所述的凹模與凹模下墊板的中心開有通孔并設(shè)有頂件塊，該頂件塊為一臺階型圓 柱體結(jié)構(gòu)，其中心設(shè)有與擠壓坯料的預(yù)沖孔直徑相同的通孔。所述的上模座、卸料板與下模座之間垂直設(shè)置若干組導(dǎo)柱、導(dǎo)套、彈簧導(dǎo)桿以及卸 料桿螺釘，以實現(xiàn)三者之間的相對運動。本發(fā)明的工作原理是擠壓坯料外側(cè)由于擠壓力作用，緊貼在凹模內(nèi)壁，若采用非 旋轉(zhuǎn)式凹模，加工過程會產(chǎn)生巨大的摩擦阻力。為降低因摩擦阻力產(chǎn)生的扭矩，在模具設(shè)計 中將普通的、不具備旋轉(zhuǎn)功能的緊固式凸模、凹模均安置于旋轉(zhuǎn)軸承之中，受到擠壓時金屬 向上螺旋流動，產(chǎn)生的扭矩會帶動凸模、凹模在軸承中產(chǎn)生伺服旋轉(zhuǎn)，從而使流動金屬及凸 模、凹模所承受的旋轉(zhuǎn)阻力降低至最小，以保證螺旋流動的金屬不會因受到強大的摩擦扭 矩而發(fā)生剪切斷裂。采用本發(fā)明的模具進行內(nèi)螺旋圓柱齒輪零件成形時，由于金屬螺旋流動方向向 上，主扭矩作用在凸模上。在凸模上端面用止推軸承支撐，凸模與軸承在扭力作用下發(fā)生旋 轉(zhuǎn)。此時，凸模是主旋轉(zhuǎn)，凹模是隨動旋轉(zhuǎn)。為保證旋轉(zhuǎn)冷擠壓的實施，須使摩擦力矩MF盡 可能小，旋轉(zhuǎn)力矩MR能克服摩擦力矩MF，從而確保擠壓過程中產(chǎn)生工件材料與凸模、凹模 的配合旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明采用了冷擠壓成形替代了切削加工，金屬流線完整，提高了齒輪的強度和 綜合機械性能，增加了扭矩的傳遞能力，提高了齒輪的承載能力和使用壽命。相對于現(xiàn)有技 術(shù)，采用本發(fā)明模具進行內(nèi)螺旋齒輪零件的加工，可以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提升 產(chǎn)品質(zhì)量和壽命。


圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為帶螺旋齒形的凸模零件圖；圖3為加工后的內(nèi)螺旋圓柱齒輪零件圖；圖4為下模主工作區(qū)安裝過程示意圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行
4實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施 例。如圖1所示，本實施例包括上模結(jié)構(gòu)和下模結(jié)構(gòu)，其中上模結(jié)構(gòu)包括上模座10、凸模定位圈11、凸模固定圈12、凸模13、凸模上墊板14、止推軸承15、 凸模座16等主要部件。其中凸模定位圈11、凸模固定圈12、凸模13由外而內(nèi)依次套接，止 推軸承15設(shè)置于凸模定位圈11內(nèi)并與凸模13上端相連接，凸模定位圈11和凸模上墊板 14分別固定于凸模座16內(nèi)，凸模座16與上模座10固定連接；下模結(jié)構(gòu)包括下模座1、卸料桿螺釘2、凹模下墊板調(diào)節(jié)板3、凹模下墊板4、限位塊5、卸料板6、 導(dǎo)套7、卸料板鑲塊8、導(dǎo)柱9、擠壓坯料17、凹模18、凹模蓋板19、頂件塊20、彈簧導(dǎo)桿21、 彈簧22、滾珠軸承23、凹模定位圈24、頂桿套筒25、頂桿沈等主要部件。其中卸料板6活 動設(shè)置于下模座1上方，凹模下墊板調(diào)節(jié)板3、凹模下墊板4、限位塊5和凹模18依次由下 而上設(shè)置于凹模定位圈M內(nèi)，凹模定位圈M固定于下模座1內(nèi)，頂桿沈設(shè)置于頂桿套筒 25中固定在下模座1中，支撐著凹模下墊板調(diào)節(jié)板3，擠壓坯料17為實施過程中的產(chǎn)品原 料。本實施例通過以下方式進行安裝工作首先，將擠壓坯料17放置在凹模18中。凹模18外周套有凹模定位圈M和凹模 蓋板19，底部墊有凹模下墊板4和凹模墊板調(diào)整板3，配合滾珠軸承23可以實現(xiàn)周向旋轉(zhuǎn)。 凹模蓋板19與滾珠軸承23之間的間隙配合通過限位塊5來保證，避免滾珠軸承23在成形 過程中被損壞。擠壓坯料17在凹模18中的放置高度依靠頂件塊20和頂桿沈加以控制。 如遇特殊情況，可采用頂件塊20和頂桿沈?qū)D壓坯料17取出。隨后，固定在壓機上工作臺面的上模座10在壓機滑塊作用下向下運動，帶動凸模 13向下運動。凸模13的外工作面帶有螺旋齒形，如圖2所示。其向下運動時，通過凸模座 16、凸模固定圈12、凸模定位圈11、凸模上墊板14以及止推軸承15的共同作用固定于上模 座10上。上模座10向下運動過程中，彈簧22在彈簧導(dǎo)桿21和卸料板6的共同作用下發(fā) 生壓縮，卸料板6、卸料板鑲塊8與卸料桿螺釘2發(fā)生相對運動。當(dāng)凸模13與放置在凹模18中的擠壓坯料17發(fā)生接觸時，整個擠壓成形過程開始 進行，即凸模13繼續(xù)向下移動，擠壓坯料17在反擠壓力作用下向上流動，同時作用于凸模 13工作帶處螺旋齒形所產(chǎn)生的扭力帶動凸模13和凹模18在止推軸承15和滾珠軸承23中 自動地產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，直至成形出所需高度的內(nèi)螺旋圓柱齒輪27，如圖3所示。成形完成后，卸料板6在彈簧導(dǎo)桿21、彈簧22以及卸料桿螺釘2的共同作用下復(fù) 位。此模具的下模主工作區(qū)31結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝過程要按照一定的次序進行，如圖4所 示。首先將頂桿套筒25與頂桿沈組合為復(fù)合頂桿27，一同放置入下模座1內(nèi)部，形成復(fù)合 下模座觀。與此同時，將凹模下墊板調(diào)節(jié)板3和凹模下墊板4安裝至凹模固定圈M內(nèi)，形 成組合凹模附件四。隨后頂件塊20放入組合凹模附件四，并與復(fù)合下模座觀組合起來， 形成復(fù)合凹模附件30。最后依次安裝滾珠軸承23、凹模18、限位塊5以及凹模蓋板19，即 將下模主工作區(qū)31安裝完畢。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)螺旋圓柱齒輪旋轉(zhuǎn)冷擠壓模具，上模結(jié)構(gòu)和下模結(jié)構(gòu)，其特征在于上模結(jié)構(gòu)包括凸模、凸模定位圈、凸模固定圈、凸模座、凸模上墊板、止推軸承和上模座，其中凸模定位圈、凸模固定圈、凸模由外而內(nèi)依次套接，止推軸承設(shè)置于凸模定位圈內(nèi) 并與凸模上端相連接，凸模定位圈和凸模上墊板分別固定于凸模座內(nèi)，凸模座與上模座固 定連接；下模結(jié)構(gòu)包括卸料板、凹模、凹模定位圈、凹模下墊板調(diào)節(jié)板、凹模下墊板、限位塊、頂 桿套筒、頂桿和下模座，其中卸料板活動設(shè)置于下模座上方，凹模下墊板調(diào)節(jié)板、凹模下墊 板、限位塊和凹模依次由下而上設(shè)置于凹模定位圈內(nèi)，凹模定位圈固定于下模座內(nèi)，頂桿設(shè) 置于頂桿套筒中固定在下模座中并與凹模下墊板調(diào)節(jié)板相接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)螺旋圓柱齒輪旋轉(zhuǎn)冷擠壓模具，其特征是，所述的凸模為 階梯形直徑由上至下逐漸減小的圓錐體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)螺旋圓柱齒輪旋轉(zhuǎn)冷擠壓模具，其特征是，所述的凸模定 位圈與凸模采用間隙配合，凸模定位圈與凸模固定圈采用過盈配合，通過凸模旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)內(nèi) 螺旋齒形件擠壓旋轉(zhuǎn)成形和旋轉(zhuǎn)卸料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)螺旋圓柱齒輪旋轉(zhuǎn)冷擠壓模具，其特征是，所述的凹模兩 側(cè)設(shè)有滾珠軸承，滾珠軸承與凹模之間采用過盈配合，滾珠軸承與凹模下墊板之間采用間 隙配合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)螺旋圓柱齒輪旋轉(zhuǎn)冷擠壓模具，其特征是，所述的凹模與 凹模下墊板的中心開有通孔并設(shè)有頂件塊，該頂件塊為一臺階型圓柱體結(jié)構(gòu)，其中心設(shè)有 與擠壓坯料的預(yù)沖孔直徑相同的通孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的內(nèi)螺旋圓柱齒輪旋轉(zhuǎn)冷擠壓模具，其特征是，所述的上模座、 卸料板與下模座之間垂直設(shè)置若干組導(dǎo)柱、導(dǎo)套、彈簧導(dǎo)桿以及卸料桿螺釘，以實現(xiàn)三者之 間的相對運動。
全文摘要
一種齒輪加工技術(shù)領(lǐng)域的內(nèi)螺旋圓柱齒輪旋轉(zhuǎn)冷擠壓模具，包括上模結(jié)構(gòu)和下模結(jié)構(gòu)，上模結(jié)構(gòu)包括上模結(jié)構(gòu)包括凸模、凸模定位圈、凸模固定圈、凸模座、凸模上墊板、止推軸承和上模座；下模結(jié)構(gòu)包括卸料板、凹模、凹模定位圈、凹模下墊板、限位塊、頂桿套筒、頂桿和下模座。本發(fā)明改善現(xiàn)有機械切削方法以及滾齒方法存在的不足，便于生產(chǎn)操作，利于成本節(jié)約，同時可提高生產(chǎn)效率、材料利用率和產(chǎn)品精度。
文檔編號B21C25/02GK102059267SQ20101055577
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者向華, 吳公明, 莊新村, 李宏燁, 趙震 申請人:上海交通大學(xué)