專利名稱：圓柱直齒輪冷擠壓模具的制作方法
技術領域：
本發明屬于一種大模數圓柱直齒輪加工技術領域的裝置，具體涉及一次成形的圓柱直齒輪冷擠壓模具。
背景技術：
圓柱直齒輪具有廣泛的用途，可用于大功率的電動工具或是機械上的其他組件的傳動機構，圓柱直齒輪主要用于重型汽車后橋的行星輪、太陽輪，帶動轉向器中齒條的方向移動，是重型汽車傳動中必不可少的傳動件。圓柱直齒輪現有的加工方法主要為機械切削加工，按照傳統的工藝生產，鉆孔、粗車內孔、精車，再到齒形拉齒或是插齒，其中就齒形加工而言，平均每個齒形需要花上15-20 分鐘，內孔的加工除了鉆孔以外還要進行擴孔等處理，所以加工一件產品的周期在40分鐘左右，且耗材量大，浪費嚴重，所使用的刀具極易損壞，加工不穩定，而且復雜，工人的勞動強度高，由于切削加工會產生“齒形分度不均勻”等嚴重缺陷，同時切削加工會導致金屬纖維被切斷，以致加工出的圓柱直齒輪強度降低，使用壽命縮短。經過對現有技術的檢索后發現，近年來有人采用擠壓鍛造的方法生產圓柱直齒輪，B. A. Behrens, E. Doege等米用完全閉式模具熱擠壓鍛造成形，見B. A. Behrens, Ε· Doegeet,Precisinion forging processes for high duty automotive components(高強度汽車零件生產中的精密鍛造工藝)，Journal, of Materials Processing Technology Vol. 185(2007) :139146 ；S. Y. Jung, M. C. Kang等模具中介紹將坯料擠壓成直齒輪。上述方法均采用閉式模具鍛造，鍛造力大，模具壽命低。在此之前有人也嘗試過采用冷擠壓的方式來實現齒輪加工例如在中國專利 CN200510017621. I中提出通過擠壓的方式來實現，即采用正向擠壓成形工藝，但是未涉及孔和齒的同時加工成形。并且模具結構方面存在一定的不合理，模具壽命和產品精度不易保證，因此導致在實際生產中沒有太大的的實際意義。

發明內容
本發明針對現有技術中存在的不足，提供一種一次成形的圓柱直齒輪冷擠壓模具。本發明的工作原理是利用金屬材料塑性變形的原理，將所述的坯料和模具組件按照一定的順序安裝于模架中，在保證其同軸度和垂直度的條件下，將坯料放進導向套中， 在上模座保持固定的情況下，上升液壓機液壓油缸，帶動下模座緩慢向上移動，或者在下模座保持固定的情況下，下降液壓機液壓油缸，帶動上模座緩慢向下移動，上壓頭緩慢的和坯料接觸，并且施加更大的力，將坯料推向齒模中，此后上壓頭繼續向坯料施加更大的力，使坯料發生塑性變形，從而以一次成形的方式完成壓孔和壓齒的動作，然后退回下模座或者上模座，通過頂桿將成形齒頂出模架，便完成一次壓制動作，得到圓柱直齒輪半成品。本發明具體是通過以下技術方案實現的
—種圓柱直齒輪冷擠壓模具，包括由下模座、上模座、導向柱構成的模架，其中上模座固定于導向柱上，下模座上開有與導向柱相配合的孔，導向柱穿過該孔后與下模座動配合；或者下模座固定于導向柱上，上模座上開有與導向柱相配合的孔，導向柱穿過該孔后與上模座動配合；其特征在于上模座下面通過螺栓固定有環形模腔，環形模腔中自上而下依次裝有底墊，上壓頭固定套，上壓頭固定套中過盈配合有上壓頭，上壓頭固定套下面裝有上壓頭鎖緊環，上壓頭鎖緊環通過螺釘固定在環形模腔上；下模座上面通過螺栓固定有下模腔，下模腔中自下而上依次裝有墊塊，凹模圈，裝于凹模圈中的下壓頭固定套，過盈配合于下壓頭固定套中的下壓頭，中間開有模腔的齒模， 下凹模，下凹模中過盈配合有導向套，下凹模上面裝有下墊圈，下墊圈通過螺栓固定在下模腔上；上壓頭與下壓頭位于同一軸線上；下壓頭上部位于齒模的模腔中；下模座底部開有軸孔，墊塊、下壓頭固定套上開有月牙孔，有一月牙形頂桿穿過下模座底部的軸孔，再穿過月牙孔后伸入齒模的模腔中。優選地底墊包括上底墊、上中墊、中墊固定環，且上中墊套裝在中墊固定環中。優選地墊塊包括凹模下墊塊和凹模上墊塊，且凹模上墊塊裝于凹模圈中。優選地在墊塊與下模座之間裝有下模腔固定環，下模腔固定環與下模腔過盈配
入
口 ο優選地齒模由外層的齒模外套、中間的齒模中套和內層的硬質合金齒模構成。優選地上底墊和環形模腔過盈配合，中墊固定環和上中墊過盈配合。一般地上底墊放置在上模座中，主要為過盈配合，上底墊和環形模腔進行過盈配合，中墊固定環和上中墊進行過盈配合，上壓頭和上壓頭固定套在配合過程中，不僅要保證必要的過盈量，同時要保證上壓頭的垂直度以及和整副模具的軸線重合；下凹模和導向套為過盈配合，注意調節過盈量，同時，在配合的過程中預留一定的壓制余量，通過液壓機的壓力進行壓制配合，齒模由齒模外套、齒模中套和硬質合金齒模三部分組成，齒模安放在下凹模下面，下壓頭和下壓頭固定套通過過盈配合，預留壓制量后和凹模圈配合，下壓頭固定套安放于凹模上墊塊之上，通入頂桿，凹模下墊塊起著支撐作用，在凹模上墊塊之下，依次便是下模腔固定環，下模腔固定環和下模腔進行過盈配合，其中下壓頭固定套，凹模上墊塊都開有月牙通孔，以方便頂桿的上下位移；上壓頭和上壓頭固定套進行過盈配合，上壓頭的硬度和韌性有極高的要求，頂端更需要進行拋光處理，上壓頭一般采用Crl2MoV鋼系及其改良體如LD(7Cr7Mo2V2Si)、DC53等或者高速鋼，在配合過程中預留壓制量，通過液壓機的壓力來完成配合。上壓頭和上壓頭固定套在壓制過程中起著定位，并且起著施加推力的作用，將坯料和齒模、下壓頭接觸，這種裝配方式和結構極大的增加了受力面積，使模具經久耐用；下壓頭和下壓頭固定套是圓柱直齒輪冷擠壓模具中最核心，也是要求極高的部分， 下壓頭的硬度以及韌性要求極高，由于承受了大部分的力，因此，在設計過程中下壓頭的外形、錐度都有嚴格的要求。在安裝過程中特別要保證其同軸度和垂直度，下壓頭和下壓頭固定套在壓制過程中起著壓孔的作用，通過上壓頭施加的推力，下壓頭給坯料反作用力，致使坯料發生塑性變形而制得的內孔，這種外形和錐度的設計更加有利于承受較大的力，使模具的使用壽命增加；齒模是圓柱直齒輪冷擠壓模具中最重要的部件，同樣也是要求最高的部分，齒模主要由齒模外套、齒模中套、硬質合金齒模組成，在壓制過程中起著行齒的作用， 齒模外套一般采用45鋼，齒模中套采用60Si2Mn，由于采用一次成形的，故硬質合金齒模的精度和耐磨性要求相當高，硬質合金齒模部分加工時必須采用慢走絲，保證其加工精度，采用這種結構的設計和安裝便于節約成本，控制材料，成形齒的齒向、齒形均可達到國家的標準規定，無需再加工；下凹模和導向套屬于過盈配合，在加工過程中需要預留壓合高度，導向套要求有較高的硬度，一般采用Crl2MoV，下凹模和導向套起著定位導向的作用，采用這種結構的模具不僅提高了在擠壓過程中能承受著較大的力，且在長時間的壓制過程中不會出現因坯料塑性變形而變形或應力過大而開裂，同時控制了成本，節約了材料；月牙孔一般為均布于同一圓周上的多個孔，相應地，頂桿也由同樣數量月牙片構成(相當于將圓筒壁的一端沿軸向剪切掉多塊，另一端又相連)。本發明將冷擠壓鍛造方法運用到大模數圓柱直齒輪的生產，不僅可改善現有機械切削方法以及插齒方法中存在的不足，而且以一次成形的方式壓制好齒輪的內孔和齒形， 更是延長了模具的使用壽命，便于生產操作，利于節約成本，同時提高了生產效率，材料利用率和產品精度。但現有技術未見壓齒和壓孔一步完成的技術，現有技術是分兩步完成。本發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，提高了齒輪的承載能力和使用壽命。相對于現有技術，采用本發明模具進行圓柱直齒輪零件加工，擠壓后的齒形內孔成形只需要約20秒，且一步到位，節約了生產時間，同時這是一項無屑加工金屬成形工藝，材料利用率可以高達90%，工人勞動強度低，只需要一人簡單的按鈕操作便可完成，更加方便快捷。
四

圖I為本發明實施例的整體結構示意圖；圖2為齒模的結構圖。圖3為采用該模具加工后的圓柱直齒輪半成品的零件圖；圖中1、上底墊；2、環形模腔；3、上中墊；4、螺釘；5、中墊固定環；6、上壓頭固定套；7、上壓頭；8、上壓頭鎖緊環；9、下凹模；10、導向套；11、下壓頭；12、下墊圈；13、下模腔；14、齒模；15、下壓頭固定套；16、凹模圈；17、凹模上墊塊；18、凹模下墊塊；19、頂桿；
20、頂桿墊塊；21、下模座；22、上模座；23、下模腔固定環；24、導套；25、導向柱；26、齒模外套；27、齒模中套；28、硬質合金齒模。
五具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施例進行詳細的說明，本實施例以本發明技術方案為前提，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖I和圖2所不,一種圓柱直齒輪冷擠壓模具,包括由下模座21、上模座22、導向柱25構成的模架，其中
上模座22通過導套24固定于導向柱25上,下模座21上開有與導向柱25相配合的孔，導向柱25穿過該孔后與下模座21動配合；上模座22下面通過螺栓固定有環形模腔2，環形模腔2中自上而下依次裝有底墊， 上壓頭固定套6，上壓頭固定套6中過盈配合有上壓頭7，上壓頭固定套6下面裝有上壓頭鎖緊環8，上壓頭鎖緊環8通過螺釘4固定在環形模腔2上；下模座21上面通過螺栓固定有下模腔13，下模腔13中自下而上依次裝有墊塊，凹模圈16,裝于凹模圈16中的下壓頭固定套15,過盈配合于下壓頭固定套15中的下壓頭11, 中間開有模腔的齒模14，下凹模9，下凹模9中過盈配合有導向套10，下凹模9上面裝有下墊圈12,下墊圈12通過螺栓固定在下模腔13上；上壓頭7與下壓頭11位于同一軸線上；下壓頭11上部位于齒模14的模腔中；下模座21底部開有軸孔，墊塊、下壓頭固定套15上開有月牙孔，有一月牙形頂桿 19穿過下模座21底部的軸孔，再穿過月牙孔后伸入齒模14的模腔中。底墊包括上底墊I、上中墊3、中墊固定環5，且上中墊3套裝在中墊固定環5中。墊塊包括凹模下墊塊18和凹模上墊塊17，且凹模上墊塊17裝于凹模圈16中。在墊塊與下模座21之間裝有下模腔固定環23，下模腔固定環23與下模腔13過盈配合。齒模14由外層的齒模外套26、中間的齒模中套23和內層的硬質合金齒模28構成。上底墊I和環形模腔2過盈配合，中墊固定環5和上中墊3過盈配合。其中環形模腔2通過螺栓固定于上模座22中，依次安放上底墊I和中墊固定環5以及上中墊3，通過螺釘4將上壓頭鎖緊環8和環形模腔2連接固定，上壓頭固定套6和上壓頭 7在中墊固定環5和上中墊3下方。導向套10安放于下凹模9中，齒模14在下凹模9的下方，齒模14下安放有下壓頭固定套15，凹模上墊塊17以及凹模圈16，在凹模上墊塊17的上方有下壓頭11和下壓頭固定套15，凹模圈16下方放置凹模下墊塊18、頂桿墊塊20和頂桿19。上底墊I放置在上模座22中，為過盈配合，上底墊I和環形模腔2進行過盈配合， 保證過盈量不小于O. 2mm,中墊固定環5和上中墊3進行過盈配合,過盈量不小于O. 2mm,上壓頭7和上壓頭固定套6在配合過程中，不僅要保證不小于O. 2mm的過盈量，同時，保證上壓頭7的垂直度以及和整副模具的軸線重合。下凹模9和導向套10為過盈配合，注意調節過盈量，同時，在配合的過程中預留 10-12mm的壓制余量，通過液壓機的壓力進行壓制配合，齒模14由齒模外套26、齒模中套27 和硬質合金齒模28三部分組成，齒模14安放在下凹模9下面，下壓頭11和下壓頭固定套 15通過過盈配合，預留壓制量后和凹模圈16配合，下壓頭固定套15安放于凹模上墊塊17 之上，通入頂桿19，凹模下墊塊18起著支撐作用，在凹模上墊塊17之下，依次便是下模腔固定環23，下模腔固定環23和下模腔13進行過盈配合。其中下壓頭固定套15，凹模上墊塊 17上都開有兩個月牙通孔，以方便頂桿19的上下位移。上壓頭7和上壓頭固定套6進行過盈配合，配合量不小于O. 2mm,上壓頭7的硬度和韌性有極高的要求，頂端更需要進行拋光處理，上壓頭7 —般采用LD(7Cr7Mo2V2Si)鋼， 在配合過程中預留壓制量10-12mm，通過液壓機的壓力來完成配合。上壓頭7和上壓頭固定套6在壓制過程中起著定位，并且起著施加推力的作用，將坯料和齒模14、下壓頭11接觸， 這種裝配方式和結構極大的增加了受力面積，使模具經久耐用。下壓頭11和下壓頭固定套15是圓柱直齒輪冷擠壓模具中最核心，也是要求極高的部分，下壓頭11的硬度以及韌性要求極高，由于承受了大部分的力，因此，在設計過程中下壓頭11的外形、錐度都有嚴格的要求。在安裝過程中特別要保證其同軸度和垂直度 (O. 015_。下壓頭11和下壓頭固定套15在壓制過程中起著壓孔的作用，通過上壓頭7施加的推力，下壓頭11給坯料反作用力，致使坯料發生塑性變形而制得的內孔，這種外形和錐度的設計更加有利于承受較大的力，使模具的使用壽命增加。齒模14是圓柱直齒輪冷擠壓模具中最重要的部位，同樣也是要求最高的部分，齒模14主要由齒模外套26、齒模中套27、硬質合金齒模28組成，在壓制過程中起著行齒的作用，齒模外套26 —般采用45號鋼，齒模中套27采用60Si2Mn，由于采用一次成形的，故硬質合金齒模28的精度和耐磨性要求相當高，硬質合金齒模28加工時必須采用慢走絲，保證其加工精度不大于O. 005mm，采用這種結構的設計和安裝便于節約成本，控制材料，成形齒的齒向、齒形均可達到國家的標準規定，無需再加工。下凹模9和導向套10屬于過盈配合，在加工過程中需要預留壓合高度10_12mm，導向套10要求有較高的硬度，一般采用Crl2MoV。下凹模9和導向套10起著定位導向的作用， 采用這種結構的模具不僅提高了在擠壓過程中能承受著較大的力，且在長時間的壓制過程中不會出現因坯料塑性變形而變形或應力過大而開裂。同時控制了成本，節約了材料。本實施例可以通過以下方式進行安裝首先將環形模腔2通過螺栓連接到上模座22上，注重力度的調節，依次將上底墊 I安裝于環形模腔2內部，然后將上中墊3和中墊固定環5安裝于環形模腔2中，實現過盈配合，依次安裝上壓頭固定套6和上壓頭7，并且上壓頭固定套6和上壓頭7進行過盈配合 (過盈配合用于孔、軸間的緊固連接，不允許兩者之間有相對運動)，以達到較高的垂直度和同軸度，通過上壓頭鎖緊環8的固定，并且調整好力度，確保安裝的精度。隨后通過螺栓將下模腔13固定到下模座21上，依次放置下模腔固定環23，下模腔固定環23和下模腔13是過盈配合，要求模腔固定環23超出下模座21約10_15mm的深度以保證有足夠的過盈量將下模座抱緊從而防止在工作過程之中脫離，同時安放凹模圈16 和凹模上墊塊17，將下壓頭固定套15和下壓頭11放置于凹模上墊塊17上面，并且下壓頭套15下底面要精磨處理，以使下壓頭11保持一定的垂直度和同軸度，再將頂桿19通過月牙孔接觸到頂桿墊塊20，放下齒模14和下凹模9以及導向套10，通過下墊圈12和螺栓將下模固定好，確保安裝精準。其中，下模座21、上模座22、導套24、導柱25均屬于通用模架上的結構。工作原理是利用金屬材料塑性變形的原理，將所述的坯料和模具組件安裝于模架中，在保證其同軸度和垂直度的條件下，將坯料放進導向套中，在上模座保持固定的情況下，上升液壓機液壓油缸，帶動下模座緩慢向上移動，上壓頭緩慢的和坯料接觸，并且施加更大的力，將坯料推向齒模中，此后上壓頭繼續向坯料施加更大的力，使坯料發生塑性變形，從而以一次成形的方式完成壓孔和壓齒的動作，然后退回下模座，通過頂桿將成形齒頂
7出模架，便完成一次壓制動作，得到圓柱直齒輪半成品。
權利要求
1.一種圓柱直齒輪冷擠壓模具,包括由下模座(21)、上模座(22)、導向柱(25)構成的模架，其中上模座(22)固定于導向柱(25)上,下模座(21)上開有與導向柱(25)相配合的孔,導向柱(25)穿過該孔后與下模座(21)動配合；或者下模座(21)固定于導向柱(25)上,上模座(22)上開有與導向柱(25)相配合的孔，導向柱(25)穿過該孔后與上模座(22)動配合；其特征在于上模座(22)下面通過螺栓固定有環形模腔(2)，環形模腔(2)中自上而下依次裝有底墊，上壓頭固定套￠)，上壓頭固定套(6)中過盈配合有上壓頭(7)，上壓頭固定套(6)下面裝有上壓頭鎖緊環(8)，上壓頭鎖緊環(8)通過螺釘(4)固定在環形模腔(2)上；下模座(21)上面通過螺栓固定有下模腔(13)，下模腔(13)中自下而上依次裝有墊塊，凹模圈(16)，裝于凹模圈(16)中的下壓頭固定套(15)，過盈配合于下壓頭固定套(15) 中的下壓頭(11)，中間開有模腔的齒模(14)，下凹模(9)，下凹模(9)中過盈配合有導向套(10)，下凹模(9)上面裝有下墊圈(12)，下墊圈(12)通過螺栓固定在下模腔(13)上；上壓頭(7)與 下壓頭(11)位于同一軸線上；下壓頭(11)上部位于齒模(14)的模腔中；下模座(21)底部開有軸孔，墊塊、下壓頭固定套(15)上開有月牙孔，有一月牙形頂桿(19)穿過下模座(21)底部的軸孔，再穿過月牙孔后伸入齒模(14)的模腔中。
2.根據權利要求I所述的圓柱直齒輪冷擠壓模具，其特征在于底墊包括上底墊(I)、 上中墊(3)、中墊固定環(5)，且上中墊(3)套裝在中墊固定環(5)中。
3.根據權利要求I所述的圓柱直齒輪冷擠壓模具，其特征在于墊塊包括凹模下墊塊(18)和凹模上墊塊(17)，且凹模上墊塊(17)裝于凹模圈(16)中。
4.根據權利要求I所述的圓柱直齒輪冷擠壓模具，其特征在于在墊塊與下模座(21) 之間裝有下模腔固定環(23)，下模腔固定環(23)與下模腔(13)過盈配合。
5.根據權利要求I所述的圓柱直齒輪冷擠壓模具，其特征在于齒模(14)由外層的齒模外套(26)、中間的齒模中套(23)和內層的硬質合金齒模(28)構成。
6.根據權利要求2所述的圓柱直齒輪冷擠壓模具，其特征在于上底墊(I)和環形模腔(2)過盈配合，中墊固定環(5)和上中墊(3)過盈配合。
全文摘要
一種圓柱直齒輪冷擠壓模具，包括由下模座(21)、上模座(22)、導向柱(25)構成的模架，其特征在于上模座(22)下面固定有環形模腔(2)，環形模腔(2)中自上而下依次裝有底墊，上壓頭固定套(6)，上壓頭(7)，上壓頭鎖緊環(8)；下模座(21)上固定有下模腔(13)，下模腔(13)中自下而上依次裝有墊塊，凹模圈(16)，下壓頭固定套(15)，下壓頭(11)，齒模(14)，下凹模(9)，導向套(10)，下墊圈(12)，下墊圈(12)固定在下模腔(13)上；上壓頭(7)與下壓頭(11)位于同一軸線上；下模座(21)底部開有軸孔，墊塊、下壓頭固定套(15)上開有月牙孔，頂桿(19)穿過軸孔和月牙孔伸入齒模(14)的模腔中。
文檔編號B21C25/02GK102601146SQ201210059159
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月7日 優先權日2012年3月7日
發明者張才軍 申請人:四川綿陽重業齒輪有限責任公司