專利名稱：一種斜齒圓柱齒輪冷精密成形工藝及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于機械制造行業中冷精密成形工藝及其裝置，具體是一種斜齒圓 柱齒輪冷精密成形工藝及其裝置，適用于斜齒圓柱齒輪的生產。
背景技術：
目前H/D (高度H與直徑D)較大的斜齒輪可用正擠壓方法解決已不是工程 難度，但斜齒圓柱齒輪大多數是平扁形的， 一般H/D〈1/2 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，使毛坯徑向流動而成形， 如圖1所示，由于凹模7的齒形是逐步變窄的，所以要徑向流動充滿齒形是相 當困難的，或需要相當高的加壓應力(可高達3000 4000Mpa)，使模具承受不 了，冷鍛模具最高許用應力一般為《2500Mpa，所以斜齒圓柱齒輪冷成形的最大 難點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。
目前國內外對斜齒圓柱齒輪冷成形研究不多，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，第一步先預成形，成形出沒有充滿齒形的
預成形坯料，高度比終成形的齒輪要高，然后把該坯料沖孔，將這個帶孔的預 成形坯料再進行第二步終成形，用中孔分流成形來降低成形應力，使成形應力 控制在模具許用應力范圍，其它國家也用類似的二步法進行研究，我國南昌大 學用Al、 Pb等材料對不同成形方法進行模擬試驗，但均未用鋼材進行試驗。某 大學用二步成形法，中孔分流減壓措施，其成形應力仍高達3000Mpa。日本學 者Koji Harada;Hisanobu Ka國aru 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 成形一個斜齒圓柱齒輪的初形，第二步進行雙向成形把初形鐓成最終產品 (H〉h)，用兩步冷成形工藝復雜，需要預成形、終成形，有的需要中間退火及
3潤滑。要把已預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 業應用。
本案申請人鄭州機械研究所對直齒圓柱齒輪的冷成形進行了深入的研究，
已研究成功了雙向擠鐓直齒圓柱齒輪冷成形新工藝(已獲發明專利，專利號 ZL03126356. 9)，此方法用雙向擠鐓降低了成形應力， 一步成形了直齒圓柱齒輪， 改變了其他學者二步成形方法。本申請人也用雙向鐓擠方法研究了斜齒圓柱齒 輪的成形，但要得到一步成形出齒形充滿的斜齒輪需要3000MPa左右的成形應 力，也超過了冷鍛模具最高許用應力2500Mpa，此是試驗結果，所以比直齒輪 成形應力高，主要是斜齒輪比直齒輪齒形復雜，它沿軸向是旋轉的，所以齒形 充滿更困難，所以用簡單的雙向鐓擠來成形斜齒圓柱齒輪是不現實的。
發明內容
本發明的目的正是為了克服上述現有技術所存在的問題與不足，而研究成 功的一種斜齒圓柱齒輪冷精密成形工藝及其裝置，可一步直接成形斜齒圓柱齒 輪，其成形齒輪精度達到8級。
本發明的目的是通過以下技術方案來實現的本發明的斜齒圓柱齒輪冷精 密成形工藝采用雙向擠鐓及內外沖頭可控行程的分流成形方式達到雙重降低成 形應力的工藝，在壓力機運行下，內外沖頭行程由內外液壓油缸在一定范圍下 調整控制，使得齒輪毛坯在冷作模具材料強度允許應力(2500Mpa)范圍內 一步成 形出齒形充滿的斜齒圓柱齒輪。
在壓力機下行時，上下外油缸分別在壓力下向外排油以達到沖頭雙向鐓擠 目的，設置上下內油缸是為了在雙向鐓擠時，內沖頭先對毛坯擠成孔，擠到一 定深度后，缸內液壓壓力升到設定值時，內油缸開始泄油，內沖頭停止擠進， 此時上下外沖頭繼續雙向擠鐓毛坯，直至最終成形。
為在單動力壓力機上實現本發明的雙向可控擠鐓工藝，專門研制了一套帶 有兩個液壓系統的成形裝置，該裝置是由上下內外沖頭、上下壓板11、 8、上 下內外油缸、凹模7上下模架14、 15組成，在上模架中設有上外油缸13，上 內油缸12，上壓板11，上外沖頭10，上內沖頭9;在下模架中設有下外油缸3，下內油缸2，下壓板8，下外沖頭5，下內沖頭4;齒形凹模7位于上壓板11 和下壓板8之間且固定在下壓板8上，上外油缸13與上壓板11位置對應，上 內油缸12與上內沖頭9位置對應，下外油缸3與下壓板8位置對應，下內油缸 2與下內沖頭4位置對應，上下內外油缸分別與外油箱連接，由上下內外沖頭 同時對放置在齒形凹模7中的齒輪毛坯1施壓鐓擠一次成形。
在本發明的裝置中，所述上、下內油缸為超高壓系統，液壓壓力達100Mpa 以上。
利用本發明的成形裝置，更換上下內外沖頭及凹模即可雙向可控鐓擠成形 其它形狀零件。
本發明的工作原理與過程如下在壓力機滑塊向下運動時， 毛坯1放入凹模7后，壓力機滑塊下行，模架上半部下行，當上壓板11 與下壓板8接觸后，滑塊繼續下行，此時上下外油缸13、 3開始等速排油，排 油壓力根據需要可調節。凹模7隨下壓板8—同下行，待上內沖頭9與下內沖 頭4接觸毛坯1后，即可雙向擠孔過程，由于上內沖頭9是隨滑塊下行，設上 內沖頭下行速度為V，上、下兩個外油缸13、 3在壓力下等速向外排油。則兩 個外油缸13、 3的移動速度均為V/2，此時凹模7隨下外油缸3也以V/2的速 度向下浮動，此時上內沖頭9相對凹模7有V/2的相對速度，下內沖頭4由下 內油缸2頂著，在內油缸2內油沒有泄壓下，是固定不動的，速度為O,所以， 壓力機下行時，上下內沖頭9、 4同時對毛坯1擠孔，毛坯1的金屬在流向齒形 的同時也向毛坯1高度方向流動。當擠壓到一定位置，上下內沖頭9、4其所受 的壓力已達到上下內油缸調整壓力時，上下內油缸開始在壓力下逐步排油，上 下內沖頭即停止擠進，此時上下帶齒形的外沖頭10、 5開始鐓擠毛坯1直至最 終成形齒形。在上下外沖頭鐓擠時上下內沖頭9、4基本不動，當內壓力增加時， 上下內油缸12、 2繼續排油，上下內沖頭9、 4有一個退后的動作，達到分流成 形的目的，從而降低了齒形最終成形壓力，成形應力可降至1800-2000MPa,已 在冷作模具材料強度允許應力(2500Mpa)范圍內，所以能在工業生產中得到實 際應用。目前已成形了幾種斜齒圓柱齒輪，齒形精度可達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。1、 工藝簡單流程短，達到冷精密成形的高效、節能、節材的目的。
2、 目前在實際應用中對斜齒圓柱齒輪的扁平齒輪，可實現高度與直徑比 (高度H與直徑D)為H/D〈1/2 1/5的生產應用。
3、 只需要一步法的一套成形模架，節省了模具材料及加工費用。
4、 齒輪齒形精度高，生產效率高。
5、 本發明的成形裝置與現有的直齒圓柱齒輪成形裝置相比，由于設置了 上、下內外油缸和上、下內外沖頭，在壓力機下行時，上下外油缸分別在壓力 下向外排油以達到沖頭雙向鐓擠目的，設置上下內油缸是為了在雙向鐓擠時， 內沖頭先對毛坯擠成孔，擠到一定深度后，缸內液壓壓力升到設定值時，內油 缸開始泄油，內沖頭停止擠進，此時上下外沖頭繼續雙向擠鐓毛坯，直至最終 成形。由于內油缸在達到預定壓力時可向外排油，使內沖頭停止擠進或反向后 退，達到分流成形目的。因此降低了齒形最終成形壓力，保證了成形應力在材 料強度允許應力范圍內。
圖1斜齒圓柱齒輪鐓擠徑向流動成形示意圖
圖中1，為沖頭，2，為凹模，3，為坯料，4，為墊板。
圖2日本的二步法冷成形齒輪的工藝圖。
圖3美國兩步成形斜齒圓柱齒輪專利工藝圖
圖4現有技術中直齒圓柱齒輪成形裝置(本申請人所申請，專利號 ZL03126356. 9)結構示意圖
圖4中2"為凹模，3"為上沖頭，4"為下沖頭，5"為成形的齒輪，6" 為上液壓油缸，7"為下液壓油缸，8"為壓板，9"為滑塊，10"為模架，11" 為輸油管。
圖5為本發明所用齒輪毛坯示意圖。
圖6本發明的成形裝置示意圖(該圖作為摘要附圖)
圖5、 6中1為齒輪毛坯，2為下內油缸，3為下外油缸，4為下內沖頭，5為下外沖頭，6為成形的齒輪，7為齒形凹模，8為下壓板，9為上內沖頭， 10為上外沖頭，11為上壓板，12為上內油缸，13為上外油缸，14為上模座， 15為下模座。
具體實施例方式
本發明以下結合附圖將結構、動作描述如下
如圖6所示將毛坯1放入凹模7，壓力機下行，當上下壓板11、 8接觸 后(因為凹模7是固定在下壓板8上的)，上下外油缸13、 3開始向外排油，由 于凹模固定在下壓板上，此時凹模7開始向下浮動。上下內外沖頭9、 5接觸毛 坯1，開始對毛坯1實行雙向擠孔，當擠進一定深度后，上下內油缸12、 2內 油壓上升至調定油壓，則上下內油缸12、 2開始通過油管排油，此時上下內沖 頭停止擠進或后退，而此時上下外沖頭10、 6繼續擠進直至齒輪最終成形。齒 輪成形后，壓力機滑塊回程上行，此時上下外油缸13、 3充油，下內油缸2充 油，下內沖頭4把已成形的齒輪頂出凹模7，再放入毛坯1，重復以上動作。
權利要求
1、一種斜齒圓柱齒輪冷精密成形工藝，其特征在于，采用雙向擠鐓及內外沖頭可控行程的分流成形方式達到雙重降低成形應力的工藝，在壓力機運行下，內外沖頭行程由內外液壓油缸在一定范圍下調整控制，使得齒輪毛坯在冷作模具材料強度允許應力(2500Mpa)范圍內一步成形出齒形充滿的斜齒圓柱齒輪。
2、 根據權利要求1所述的斜齒圓柱齒輪冷精密成形工藝，其特征在于， 在壓力機下行時，上下外油釭分別在壓力下向外排油以達到沖頭雙向鐓擠目 的，設置上下內油缸是為了在雙向鐓擠時，內沖頭先對毛坯擠成孔，擠到一定 深度后，缸內液壓壓力升到設定值時，內油缸開始泄油，內沖頭停止擠進，此 時上下外沖頭繼續雙向擠鐓毛坯，直至最終成形。
3、 一種用于權利要求1所述斜齒圓柱齒輪冷精密成形工藝的成形裝置，其特征在于它是由上下內外沖頭(9、 10、 4、 5)、上下壓板(11、 8)、上下 內外油缸(12、 13、 2、 3)、凹模(7)、上下模架(14、 15)組成，在上模架中 設有上外油缸(13)，上內油缸(12)，上壓板(11)，上外沖頭(10)，上內沖 頭(9);在下模架中設有下外油缸(3)，下內油缸(2)，下壓板(8)，下外沖 頭(5)，下內沖頭(4);齒形凹模(7)位于上壓板(11)和下壓板(8)之間 且固定在下壓板(8)上，上外油缸(13)與上壓板(11)位置對應，上內油缸 (12)與上內沖頭(9)位置對應，下外油缸(3)與下壓板(8)位置對應，下 內油缸(2)與下內沖頭(4)位置對應，上下內外油缸分別與外油箱連接，由 上下內外沖頭同時對放置在齒形凹模(7)中的齒輪毛坯(1)施壓鐓擠一次成 形。
4、 根據權利要求3所述的成形裝置，其特征在于上、下內油缸(12、 2)為超高壓系統，液壓壓力達100 Mpa以上。
5、 根據權利要求3所述的成形裝置，其特征在于更換上下內外沖頭及 凹模即可雙向可控鐓擠成形其它形狀零件。
全文摘要
一種斜齒圓柱齒輪冷精密成形工藝及其裝置，其特征在于采用內、外沖頭可控雙向鐓擠的冷精密成形工藝，使斜齒圓柱齒輪在冷作模具材料強度允許應力范圍內一步成形出齒形充滿的齒輪。其專用裝置的模架分上下兩部分，上半部有內外兩個油缸，滑塊，內外上沖頭，上壓板；下部分有內外油缸，凹模，內外沖頭，下壓板。當壓力機下行時，上壓板，上內、外沖頭向下移動，下外沖頭固定不動，凹模向下移動。上下內沖頭由上下內油缸壓力頂住，雙向對毛坯擠孔，待擠至預定深度后，上下內沖頭停止擠進，壓力機繼續下行，帶齒形的上下外沖頭開始雙向擠鐓毛坯，直至最終成形。本發明的特點一步成形，工藝簡單，流程短，達到冷精密成形的高效、節能、節材的目的。
文檔編號B21D22/02GK101585100SQ20091006533
公開日2009年11月25日 申請日期2009年7月1日 優先權日2009年7月1日
發明者丹 劉, 華 劉, 劉百宣, 孫紅星, 張燮昌, 王偉欽, 霍艷軍 申請人:鄭州機械研究所