一種用于錐齒輪鍛造的半閉式模鍛模具及鍛造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于錐齒輪鍛造的半閉式模鍛模具及鍛造方法，包括齒形模、上沖頭、背錐模和下沖頭，其中，齒形模與上沖頭配合安裝，背錐模與下沖頭配合安裝；齒形模與背錐模配合形成的封閉的空間包括型腔和位于齒形模大端部位的分流結構，該分流結構與型腔相通，為狹窄的間隙；鍛造錐齒輪時，坯料在上沖頭作用下，首先填充滿型腔，然后壓入分流結構，保證了齒形的填充飽滿度。模具采用半閉式模鍛結構，即背錐模和齒形模閉合形成一個封閉的型腔，但是在大端齒頂部位設計了分流結構，以便于型腔更容易充滿，同時避免產生過大的成形力。
【專利說明】
一種用于錐齒輪鍛造的半閉式模鍛模具及鍛造方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及到一種用于錐齒輪鍛造的半閉式模鍛模具及鍛造方法，屬于模具設計技術領域?！颈尘凹夹g】
[0002]隨著塑性成形技術的發(fā)展，采用塑性成形的方法完成齒輪的加工得到了廣泛的應用。傳統(tǒng)的齒輪成形方法已逐漸地由冷鍛、溫鍛、熱鍛等精密成形工藝所代替。雖然齒輪精鍛技術經過60多年的發(fā)展已經比較成熟，但是仍然存在齒形填充不飽滿、齒輪精度低、成形力高等問題。
[0003]開式模鍛可以保證齒形填充飽滿，同時成形力低，但是由于毛邊的存在，開式模鍛需要更多的材料，在材料較多的情況下才能保證鍛件的完整性和準確性。[〇〇〇4]閉式模鍛為無飛邊模鍛，一般在鍛造過程中上模與下模的間隙不變，坯料在四周封閉的模膛中成型，不產生橫向飛邊，少量的多余材料形成縱向飛刺，飛刺在后續(xù)工序中除去。所以閉式模鍛的材料利用率高，但是由于坯料在四周封閉的模膛中成型，容易出現(xiàn)齒形填充不飽滿、齒輪精度低、成形力高等問題。
[0005]傳統(tǒng)的閉式模鍛模具的運動一般為齒形模先下行，直到與背錐模接觸形成封閉的空間，然后上下沖頭相對擠壓充填型腔，這種運動模式容易使上沖頭與齒形模之間形成較大的間隙，在上沖頭的壓力作用下，材料容易進入上沖頭與齒形模之間的間隙中，使錐齒輪鍛件產生缺陷，同時，這種運動方式，在上沖頭擠壓時，在錐齒輪上表面產生折疊缺陷，造成錐齒輪的精度偏低、組織均勻性較差、金屬流線不平滑以及較多缺陷的弊端。
【發(fā)明內容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術中存在的以上技術問題，本發(fā)明提供一種用于錐齒輪鍛造的半閉式模鍛模具及鍛造方法，該模鍛模具和鍛造方法克服了傳統(tǒng)的開式模鍛和閉式模鍛的弊端，有利于金屬填充型腔、降低成形力和成形缺陷、提高鍛件精度和材料利用率。
[0007]為了解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案為:
[0008]—種用于錐齒輪鍛造的半閉式模鍛模具，包括齒形模、上沖頭、背錐模和下沖頭， 其中，齒形模與上沖頭配合安裝，背錐模與下沖頭配合安裝;齒形模與背錐模配合形成的封閉的空間包括型腔和位于齒形模大端部位的分流結構，該分流結構與型腔相通，為狹窄的間隙;鍛造錐齒輪時，坯料在上沖頭和下沖頭作用下，首先填充滿型腔，然后壓入分流結構， 保證了齒形的填充飽滿度。
[0009]坯料在上沖頭的作用下，被壓入分流結構中，在壓入分流結構的過程中，坯料已經填充滿型腔，保證了齒形的填充飽滿度。
[0010]設置分流結構，降低了對下料的精度要求，使得多余坯料流入分流部位，從而避免了因下料偏多而導致金屬在封閉的型腔內發(fā)生折疊的現(xiàn)象，因而可以提高齒輪的精度。 [〇〇11]半閉式模具結構較閉式結構而言，增設了分流結構，為金屬提供了更好的流動條件，提供了多余金屬的容納空間，可以有效的減小成形最后階段的變形力，因此可以降低成形力。
[0012]優(yōu)選的，所述齒形模安裝在上模座上，背錐模安裝在下模座上，上模座在第一動力裝置的作用下做靠近或遠離下模座的運動。
[0013]進一步優(yōu)選的，所述上模座內置有液壓缸，液壓缸與所述上沖頭連接。
[0014]更進一步優(yōu)選的，上述半閉式模鍛模具還包括控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)分別與所述液壓缸和第一動力裝置連接，控制液壓缸與第一動力裝置同時動作。
[0015]進一步優(yōu)選的，所述上模座與下模座之間連接有導向結構，上模座在導向結構的作用下定向運動。
[0016]更進一步優(yōu)選的，所述導向結構為導向桿，導向桿的下端固定在下模座上，導向桿的上端與上模座之間活動安裝。
[0017]優(yōu)選的，所述導向桿的外表面光滑設置。
[0018]—種用于錐齒輪鍛造的模鍛模具，包括控制系統(tǒng)、齒形模、上沖頭、背錐模、下沖頭、齒形模動力裝置和上沖頭動力裝置，其中，齒形模與上沖頭配合安裝，背錐模與下沖頭配合安裝;齒形模與齒形模動力裝置連接，上沖頭與上沖頭動力裝置連接，控制系統(tǒng)分別與齒形模動力裝置和上沖頭動力裝置連接;鍛造擠壓時，控制系統(tǒng)控制齒形模和上沖頭同時發(fā)生擠壓運動。
[0019]優(yōu)選的，所述齒形模動力裝置為壓力機，所述上沖頭動力裝置為液壓缸。
[0020]上述模鍛模具的鍛造方法，包括如下步驟:
[0021]1)將模具的各個部件進行組裝；
[0022]2)將加熱好的毛坯放入預熱后的模具中；
[0023]3)控制齒形模和上沖頭同時下行，直到齒形模與背錐模形成一個封閉的空間；
[0024]4)上沖頭和下沖頭相對擠壓坯料，完成型腔的填充；
[0025]5)成形結束后，齒形?；爻?，鍛件由下沖頭頂出，上沖頭和下沖頭分別回程。
[0026]本發(fā)明的有益效果為:
[0027]模具采用半閉式模鍛結構，即背錐模和齒形模閉合形成一個封閉的型腔，但是在大端齒頂部位設計了分流結構，型腔更容易充滿，同時避免產生過大的成形力；
[0028]模具的運動采用齒形模和上沖頭同時下行，相對于傳統(tǒng)的閉式模鍛中齒形模先行上沖頭后行的運動，該運動阻止了金屬流入齒形模和上沖頭形成的空隙，從而避免了上沖頭擠壓時在錐齒輪上表面產生的折疊缺陷，同時有利于金屬流入型腔，最終獲得精度較高， 金屬流線更平滑，組織較均勻的錐齒輪鍛件?！靖綀D說明】
[0029]圖1為本發(fā)明的雙向擠壓半閉式模鍛模具結構示意圖；
[0030]圖2a為本發(fā)明的型腔結構示意圖；[0031 ]圖2b為傳統(tǒng)的全閉式模具型腔的結構示意圖；[〇〇32]圖3a為本發(fā)明的上沖頭和上凹模同時下行時的金屬流動情況示意圖；[〇〇33]圖3b為上凹模先行，下沖頭后行時的金屬流動情況示意圖。
[0034]其中，1、上模座；2、液壓缸;3、上沖頭;4、上模壓板;5、齒形模;6、背錐模;7、導向桿;8、下模壓板;9、下沖頭；10、下頂桿；11、上模固定板；12、導套；13、坯料；14、螺釘；15、下模固定板;16、下模座;17、分流結構?！揪唧w實施方式】[〇〇35]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作詳細說明。[〇〇36]如圖1和圖2a所示，一種用于錐齒輪鍛造的半閉式模鍛模具，包括齒形模5、上沖頭 3、背錐模6和下沖頭9,其中，齒形模5與上沖頭3配合安裝，背錐模6與下沖頭9配合安裝;齒形模5與背錐模6配合形成的封閉的空間包括型腔和位于型腔大端齒頂部位的分流結構17， 該分流結構17與型腔相通，為狹窄的間隙;鍛造錐齒輪時，坯料在上沖頭3作用下，首先填充滿型腔，然后壓入分流結構17,保證了齒形的填充飽滿度。[〇〇37]相比圖2b的傳統(tǒng)的全閉式模具型腔，上沖頭3在擠壓坯料的過程中，由于型腔是完全封閉的，型腔內的空氣在壓縮過程中，壓力會迅速增大，增大了成形力，而且在型腔的齒形頂端部位往往會因為空氣的存在導致齒形填充不飽滿。
[0038]可見，分流結構17的存在可以將空氣導入到分流結構17的間隙中，可以使坯料完全充滿型腔。[〇〇39]齒形模5通過上模固定板11和上模壓板4安裝在上模座1上，上模固定板11與上模壓板4之間通過螺釘14進行安裝固定。齒形模5的中部留有通孔，上沖頭3安裝在通孔內，上沖頭3的外壁與通孔的內壁貼合設置，可減小上沖頭3與齒形模5之間的間隙，提高坯料加工的精密度。上模座1內置有液壓缸2，液壓缸2與上沖頭3連接，控制上沖頭3的運動。
[0040]背錐模6通過下模壓板8和下模固定板15安裝在下模座16上，背錐模6的中部留有通孔，下沖頭9安裝在通孔內，下沖頭9的外壁與通孔的內壁之間貼合設置，下沖頭9的下端連接有下頂桿10,下頂桿10與動力裝置連接，為下沖頭9的擠壓運動提供動力，下模壓板8與下模固定板15之間通過螺釘14進行安裝固定。
[0041]上述半閉式模鍛模具還包括控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)分別與所述液壓缸2和第一動力裝置連接，控制液壓缸2與第一動力裝置同時動作，第一動力裝置可以為壓力機，對上模座1 施加壓力，使上模座1發(fā)生向下的運動。
[0042]上模座1與下模座16之間還可以連接有導向結構，上模座1在導向結構的作用下定向運動。導向結構為導向桿7，導向桿7的下端固定在下模座16上，導向桿7的上端與上模座1 之間活動安裝，可以在上模座1上設置通孔，導向桿7的上端穿過通孔，與通孔之間活動配合;也可以在上模座1的下表面設置導套12,將導向桿7的上端插入導套12內，導套12為下端開口的桶狀結構，導套12的內壁與導向桿7的外壁均光滑設置，使導向桿7可以沿著導套12 小阻力運動。[〇〇43]圖3a為上沖頭和上凹模同時下行時金屬的填充情況，與之比較，圖3b為傳統(tǒng)的上凹模先行上沖頭后行時金屬的填充情況，后者的運動方式使得金屬流入上沖頭和上凹模形成的間隙，并在上端面產生圓圈所圈出的折疊缺陷。
[0044]以下結合附圖對本發(fā)明的工作原理作詳細說明。
[0045]使用時，先將上模座1和下模座16對應安裝在液壓機的模架上，用十字鍵定位后再用壓板緊固；然后預熱模具。坯料13在中頻感應爐中加熱后放入加熱好的模具中均熱5分鐘。壓力機帶動齒形模5下行同時液壓缸2驅動上沖頭3下行，直到齒形模5和背錐模6形成一個封閉的空間。然后，上沖頭3和下沖頭9相對擠壓坯料完成整個型腔的填充過程。成形結束后，上模回程，錐齒輪鍛件由上沖頭3頂出后，上沖頭3和下沖頭9分別回程，回復到模具在鍛造前的狀態(tài)。再放入毛坯13，重復以上過程。
[0046]上述雖然結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種用于錐齒輪鍛造的半閉式模鍛模具，其特征在于:包括齒形模、上沖頭、背錐模 和下沖頭，其中，齒形模與上沖頭配合安裝，背錐模與下沖頭配合安裝;齒形模與背錐模配 合形成的封閉的空間包括型腔和位于齒形模大端部位的分流結構，該分流結構與型腔相 通，為狹窄的間隙;鍛造錐齒輪時，坯料在上沖頭和下沖頭作用下，首先填充滿型腔，然后壓 入分流結構，保證了齒形的填充飽滿度。2.根據(jù)權利要求1所述的半閉式模鍛模具，其特征在于:所述齒形模安裝在上模座上， 背錐模安裝在下模座上，上模座在第一動力裝置的作用下作靠近或遠離下模座的運動。3.根據(jù)權利要求2所述的半閉式模鍛模具，其特征在于:所述上模座內置有液壓缸，液 壓缸與所述上沖頭連接。4.根據(jù)權利要求3所述的半閉式模鍛模具，其特征在于:還包括控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)分 別與所述液壓缸和第一動力裝置連接，控制液壓缸與第一動力裝置同時動作。5.根據(jù)權利要求2所述的半閉式模鍛模具，其特征在于:所述上模座與下模座之間連接 有導向結構，上模座在導向結構的作用下定向運動。6.根據(jù)權利要求5所述的半閉式模鍛模具，其特征在于:所述導向結構為導向桿，導向 桿的下端固定在下模座上，導向桿的上端與上模座之間活動安裝。7.根據(jù)權利要求6所述的半閉式模鍛模具，其特征在于:所述導向桿的外表面光滑設 置。8.—種用于錐齒輪鍛造的模鍛模具，其特征在于:包括控制系統(tǒng)、齒形模、上沖頭、背錐 模、下沖頭、齒形模動力裝置和上沖頭動力裝置，其中，齒形模與上沖頭配合安裝，背錐模與 下沖頭配合安裝;齒形模與齒形模動力裝置連接，上沖頭與上沖頭動力裝置連接，控制系統(tǒng) 分別與齒形模動力裝置和上沖頭動力裝置連接;鍛造擠壓時，控制系統(tǒng)控制齒形模和上沖 頭同時發(fā)生擠壓運動。9.根據(jù)權利要求8所述的模鍛模具，其特征在于:所述齒形模動力裝置為壓力機，所述 上沖頭動力裝置為液壓缸。10.—種模鍛模具的鍛造方法，其特征在于:包括如下步驟:1)將模具的各個部件進行組裝；2)將加熱好的毛坯放入預熱后的模具中；3)控制齒形模和上沖頭同時下行，直到齒形模與背錐模形成一個封閉的空間；4)上沖頭和下沖頭相對擠壓坯料，完成型腔的填充；5)成形結束后，齒形?；爻蹋懠上聸_頭頂出，上沖頭和下沖頭分別回程。
【文檔編號】B21J5/02GK106001358SQ201610327748
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月17日
【發(fā)明人】趙新海, 劉丹丹, 吳向紅, 徐洪強, 王新云, 王星會, 宋立彬, 鄭超, 欒貽國
【申請人】山東大學, 華中科技大學