專利名稱：制造壓制件的設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種制造具有圓柱形主成型部分和螺旋線狀副成型部分的壓制件的設備。例如所涉及的是生產斜齒齒輪，其中的斜齒可看作是；副成型部分。
由EP0528761A1已知一種此類設備，它用來制造壓制件，例如在形式上是金屬粉末制的斜齒齒輪。這種已知的金屬粉末壓力機有一個可直線移動的上活塞，其中裝有一個可繞(沿壓制方向的)縱軸線轉動的上模，以及有一個朝下部止動器方向同樣可沿直線移動的下活塞，其中可轉動地裝有底部沖頭。此外還設有一塊陰模板，它構成型腔并在壓制循環中同樣可直線移動。可轉動的底部沖頭和可轉動的上模，分別有一個與模具筒體(亦即型腔)的齒型(亦即斜齒)相符的齒型。可自由旋轉地支承著的底部沖頭始終與型腔的型面嚙合，并因而在壓制循環中在底部沖頭與陰模板之間進行直線相對運動的同時，被迫相應地轉動。與之不同，在壓制循環中從外部迫使上模按照它的侵入深度，作相應于斜齒的轉動，以避免上模外表面與陰模型腔之間摩擦。為此設有一個齒輪傳動裝置，它通過與壓制件所期望的斜齒相應的滑槽式控制器傳動。滑槽式控制器涉及所謂的滑芯(Kulissenkerne)，它一方面與導向板剛性連接，另一方面形狀相配地在齒輪傳動裝置同軸設置的傳動齒輪中滑動。在壓制循環期間，導向板暫時固定連接在陰模板上，并與之一起運動。在制成的壓制件脫模時采用所謂的拔出法。
這種已知的金屬粉末壓力機需要大量機械方面的制造費用，以及還需要一大筆技術改造費，因為對于每種不同的壓制件，除專用的成套模具(陰模以及上模和底部沖頭)外，還必須制備和更換與壓制件對應的一套滑芯。還要加上用于導向板的費用，以及為將導向板剛性地連接在陰模板上的可操縱機械鎖緊裝置所需的費用。此外還應指出，在沒有從外部強迫傳動的底部沖頭(指它的旋轉運動)與陰模之間的摩擦問題依然存在。這不僅僅是造成這一部位模具磨損量增加，而且還導致在壓制件中不均勻的密度分布。
因此本發明的目的是對此類設備作下列改進，使所提及的摩擦問題即使對于底部沖頭也能得到滿意的解決，與此同時，為生產不同壓制件所需的模具費和設備改造費能保持得盡可能地低。
在此類設備中為達到上述目的，通過專利權利要求1特征部分所述之特征達到。本發明有利的進一步改進在從屬權利要求2至15中說明。
本發明的主要特征在于，直接參與所要制造的壓制件螺旋線狀副成型部分成型的上模和底部沖頭(例如對于一些具有多個沿軸向串聯的齒的齒輪可能相應地需要多個底部沖頭和上模)，它們在陰模型腔中的運動由一個電子控制器操縱。底部沖頭和上模的旋轉運動根據它們在型腔中的侵入深度進行，亦即不再通過機械的直線和旋轉的傳動連接，這就意味著不再僅僅通過沖頭輪廓在陰模筒體的磨擦，如按EP0528761A1的壓力機中使其中一個寬側成型的底部沖頭中那樣，亦不再僅僅通過滑芯的機械式接觸，如在這種已知的壓力機中使另一個寬側成型的上模中那樣，而是通過一種電子控制的單獨的(機械的被脫開)旋轉傳動裝置來保證。這意味著，在作直線運動期間同時進行的旋轉運動(根據螺旋線狀副成型部分的螺距)，必須具有在(沖頭與陰模之間)齒的模具間隙范圍以內的精度地進行。因此，本發明的實施形式規定，沖頭的軸向和旋轉運動位置控制地進行。為了得知當時的軸向和旋轉位置，設置相應的傳感器(例如用于測量直線運動的直線電位計或增量測桿，或用于測量旋轉運動的轉角傳感器)。與此有關地應當指出，陰模最好固定在所采用的粉末壓力機上，而上模和底部沖頭可作直線和旋轉運動。但當然也可以改變為相反的運動學關系，例如陰模保持旋轉固定，但如按EP0528761A1的壓力機中那樣可沿直線隨動，在這種情況下底部沖頭固定但可以作旋轉運動，而上模可沿直線和作旋轉運動。原則上陰模也可以旋轉運動。除了上模和/或底部沖頭的可旋轉性之外，這種陰模也能旋轉的情況是有意義的，例如，若應生產多重齒輪時，亦即壓制件具有多個沿軸向串聯的寬度不同的齒(或具有不同的斜角)。除已提及的底部沖頭和上模外，還可以按已知的方式設心部沖頭，它可借助于輔助傳動裝置傳動，和例如用于形成齒輪的輪轂，以便齒輪可以安裝在一根軸上。
上模運動過程的電子控制器可以設計為，在陰模型腔之外只進行單純的直線運動，以及，在壓制循環中所需要的旋轉運動，只是在即將侵入陰模時才開始。在這種情況下上模最好設有一個比較軟的彈性支承和此支承以一個止擋為界限，以便在旋轉運動起動時的加速過程提供足夠的可用的時間。位置控制或扭矩控制只有在上模移到止擋上時才開始生效。因此避免了在侵入時模具受損。
為了實施本發明并不始終需要運動過程的位置控制。按另一種方案或除了位置控制之外，還可以規定上模和底部沖頭的旋轉運動過程(相對于陰模的)，以規定的例如隨時間不變的固定扭矩值進行。在這種情況下，上模和底部沖頭的旋轉傳動在壓制階段調整為，使沖頭和陰模筒體的齒面盡可能基本上只在這一側接觸，即，在沖頭移入陰模的型腔時如果沒有旋轉傳動不可免地直接互相摩擦的那一側。因此，從外部施加的扭矩沿要不然通過形狀強迫進行的旋轉運動方向作用。與之不同地，也最好可以將旋轉傳動的扭矩，根據實際達到的壓制力或實際到達的沖頭侵入深度(軸向位置)來調整，亦就是說隨壓制力增加而增大。尤其有利的是，測量沖頭上的扭矩，并將傳動扭矩正好調整為這樣一個值，即，在這樣的扭矩值的情況下補償了在支承裝置和傳動裝置中的摩擦損失。這就意味著在沖頭中的扭矩此時趨近于零。最好是沖頭的旋轉傳動在壓制階段的最后距離x，亦即在到達壓制終端位置前不久完全停止，以避免因扭應力而斷裂。在齒的斜角β時，這一距離x必須滿足下列條件x≤S·cotβ其中S是端面剖面中的模具間隙。對于30°的齒和模具間隙0.03毫米，例如得出x≤0.05毫米。
制造好的壓制件按照推出法脫模原則上可以在不接通旋轉傳動的情況下進行。盡管如此，但最好還是在這時按壓縮過程相反的方式(部分地)采用旋轉傳動。這樣做保證盡最大可能保護模具和壓制品。
為了實施上模和底部沖頭(或必要時可運動的陰模)的直線運動，可以采用液壓傳動裝置。旋轉傳動同樣可以通過液壓操縱。在有些情況下它們也可以設計為氣動的。尤其值得推薦的是電動的旋轉傳動，特別是步進電動機或伺服電動機。本發明最好可與一種CNC控制的粉末壓力機結合實施。特別有利的是，按本發明設備主要的機械部分(沖頭、陰模、旋轉傳動裝置)設計的模具適配器形式的可更換的部件，以便能在最短時間內改裝設備。
本發明有很大的優點，它可以在模具的磨損極小的情況下生產例如斜齒齒輪，因為在壓制階段以及脫模過程中，齒面區的摩擦可以限制到最小程度。與迄今已知的壓制模具相比，設備改裝的費用同樣可以大大降低，因為，為了造成旋轉傳動僅僅需要程序控制技術方面的準備(無需制作滑芯)。除此之外，若有關的粉末壓力機按傳統的方式規定用于生產許多各不相同的壓制件時，盡管為旋轉傳動和測量與控制技術需要更多的費用，但是其結果仍然導致根本上節省了投資成本。最后，應當強調指出，按本發明的設備可以生產出所具有的密度分布比迄今可能的要均勻得多的壓制件。
下面借助了在唯一的一個附圖
中概略表示的金屬粉末壓力機實施例，詳細說明按本發明的設備。
此液壓式壓力機有一個壓力機機架16，它配備有一個上活塞14和一個下活塞15。大約在壓力機機架16的中央，固定地和不可旋轉地裝有陰模1。在上活塞14中可旋轉地裝有上模21以及在下活塞15中可旋轉地裝有底部沖頭3。上模2通過一個預壓力彈簧9朝壓制方向彈性地支承著，彈簧9將安裝上模2的裝置沿壓制方向壓靠在固定的平臺上。彈簧的彈性力(它的彈性作用受一個止擋的限制)在任何情況下都明顯地小于對于當時的模具所產生的最大壓制力，所以，在壓制過程的一開始，上模便早已位于止擋處。陰模1的筒體和兩個沖頭2、3均制有彼此對應的斜齒。為了高度準確地得知兩個活塞14、15當時的直線位置，并因而也得知與它們相連的沖頭2或3的位置，設有兩個行程測量系統10、11，它們可例如設計為增量測桿或直線電位計。在這兩個活塞14、15上分別固定有一個旋轉傳動裝置5或7(例如伺服電動機)，它們當時的實際轉角位置可借助于一個組合式轉角和扭矩測量系統12或13連續地測量。沖頭2、3具有測試設備12a、13a，用于測量所產生的扭矩。這兩個旋轉傳動裝置5、7分別經由一個正齒輪傳動裝置與兩個沖頭2或3之一在傳動技術上連系起來。為了壓力機兩個活塞14、15的定位，設有兩個伺服比例閥4、6。最后，圖中所表示的壓力機還有一個電子控制器8(用虛線環繞的部分)，它設計為劃分成等級的，并由CNC中央信息處理機21、用于上活塞14或下活塞15的直線運動的各一個控制單元19或20、以及用于兩個沖頭2或3的旋轉運動的各一個控制單元17或18組成。用于通過操作人員控制和設置壓力機的CNC中央信息處理機21的輸入/輸出單元用22表示。電子組件和傳感器在信息技術方面的邏輯電路用相應的箭頭象征性地表示。兩個控制單元19、20隸屬于CNC中央信息處理機21，用于旋轉運動的控制單元17、18作為從動的分別隸屬于用于活塞直線運動的兩個控制單元19或20之一。在所表示的例子中，控制單元19作為主動的隸屬于控制單元20(次主動的)，也就是說，上活塞14的運動并因而上模2的運動作為給定參數成為運動過程的基礎。組合式轉角和扭矩系統12與旋轉傳動裝置5和控制單元17一起組成了一個封閉的控制回路，其中，控制單元17總是從活塞14直線傳動裝置的控制單元19處，根據由行程測量系統10測得的活塞14實際軸向位置獲得它的額定值。相應地也適用于傳動底部沖頭3的工作相同的組件，其中，底部沖頭3的直線位置依據上模2的直線位置調整。CNC中央信息處理機21承擔上一級的調整和控制功能，以及處理用于要建立的各個部分的給定參數。在壓力機機架16內部用虛線環框表示，按本發明設備的那些主要功能部分，可以組成在形式上是一個模具適配器，可方便地更換和可與上活塞和下活塞14、15連接的組件。
所表示的壓力機的工作方式如下在壓制件脫模后，底部沖頭3按照所要生產的斜齒齒輪的斜角，以通過行程測量系統11和轉角測量系統12所確定的實際值為基礎，使用旋轉傳動裝置7位置控制地向下移動到裝填位置。此時底部沖頭3仍保持插入陰模1的型腔內。上模3位于型腔的上方。在型腔用鋼粉末裝填后，上模2借助于控制單元19根據行程測量系統10的數據位置控制地向下移動。與此同時，通過控制單元17、轉角測量系統12和旋轉傳動裝置傳動裝置5，引入相應的上模2的旋轉運動，所以上模2相對于陰模1型腔的齒形的相對旋轉位置，允許上模無接觸地插入腔內。由此開始真正的壓制階段，在這一階段壓縮置入的鋼粉。為此，在保持陰模1固定的情況下，下活塞3和上活塞2同時相向地移入型腔中，此時，旋轉傳動裝置7或5用來保證在沖頭2、3與陰模1之間的摩擦減小到最低程度。因為兩個轉角測量系統12、13作為組合儀表，也設計用來測量傳動扭矩，所以附加地或替代旋轉傳動裝置5、7的位置控制，也可以根據沖頭2、3的軸向位置進行扭矩控制。到達壓制終端位置后，為了已制好的壓制件的脫模，轉換上模2的傳動系統，亦即根據壓制件的形狀使上模2直線和旋轉地按位置控制從型腔移出，與此同時下活塞3同樣相應地按位置控制進一步向上移動，直至它的上部端面與陰模1的上側處于齊平位置，亦即壓制件被卸出(推出法)。在脫模期間，壓制件可以有目的地保持處于所要求的負荷下。
權利要求
1.制造壓制件的設備，壓制件有由粉末狀材料尤其是金屬粉末制的圓柱形主成型部分和螺旋線狀副成型部分，此設備有一個陰模(1)和有至少一個可繞其縱軸線旋轉地支承著的上模(2)以及至少一個可繞其縱軸線旋轉地支承著的底部沖頭(3)，其中，沖頭(上模(2)和底部沖頭(3))可在電機傳動下沿軸向相對于陰模(1)移動，此至少一個上模(2)為獲得螺旋線狀運動，除了其軸向傳動外還被傳動繞其縱軸線旋轉，其特征為設有一個電子控制器(8)；此至少一個底部沖頭(3)同樣被傳動旋轉；以及，沖頭(2，3)電動的旋轉傳動總是與沖頭(2，3)軸向運動的傳動在機械上分離，并可通過控制器(8)單獨調整。
2.按照權利要求，所述之設備，其特征為控制器(8)按下列方式設計，即，使此至少一個上模(2)插入陰模(1)的型腔在軸向和旋轉運動方面位置控制地進行。
3.按照權利要求1所述之設備，其特征為控制器(8)按下列方式設計，即，使此至少一個上模(2)，直至插入陰模(1)的型腔前只作線性(這意味著無轉動)運動；以及，此至少一個上模(2)沿軸向彈性地支承(彈簧9)。
4.按照權利要求2所述之設備，其特征為控制器(8)按下列方式設計，即，在壓縮過程中使沖頭(2，3)的旋轉運動位置控制地進行。
5.按照權利要求2至3之一所述之設備，其特征為控制器(8)按下列方式設計，即，在壓縮過程中使沖頭(2，3)的旋轉運動具有規定扭矩值的進行。
6.按照權利要求5所述之設備，其特征為控制器(8)按下列方式設計，即，使扭矩值根據實際的壓制力、實際的扭矩或有關沖頭(2，3)的軸向位置控制。
7.按照權利要求5所述之設備，其特征為控制器(8)按下列方式設計，即，沖頭(2，3)的旋轉運動總是具有一個不隨時間改變的扭矩值地進行。
8.按照權利要求1至7之一所述之設備，其特征為控制器(8)按下列方式設計，即，使沖頭(2，3)的旋轉傳動，根據螺旋線的上升角和當時的上模(2)與陰模(1)之間以及底部沖頭(3)與陰模(1)之間的模具間隙，在到達壓制的終端位置之前不久停止。
9.按照權利要求4至7之一所述之設備，其特征為控制器(8)按下列方式設計，即，為了陰模(1)裝料和壓制件的脫模，沖頭(2，3)的旋轉運動在控制技術方面部分地相應于如同用于壓縮的相反的方式進行(推出法)。
10.按照權利要求1至9之一所述之設備，其特征為沖頭(2，3)的軸向傳動是液壓式的。
11.按照權利要求1至10之一所述之設備，其特征為為旋轉運動設置液壓或氣動的傳動裝置。
12.按照權利要求1至10之一所述之設備，其特征為為旋轉運動設置電動傳動裝置(5，6)，尤其是步進電動機或伺服電動機。
13.按照權利要求1至12之一所述之設備，其特征為此設備是CNC控制的粉末壓力機的一部分。
14.按照權利要求1至13之一所述之設備，其特征為它的機械部分(1，2，3)構成了可裝入壓力機中的模具適配器。
15.按照權利要求1至14之一所述之設備，其特征為陰模(1)剛性地支承著。
全文摘要
本發明涉及一種制造壓制件的設備，壓制件有由粉末材料尤其是金屬粉末制的圓柱形主成型部分和螺旋線狀副成型部分，此設備有一個陰模(1)和有至少一個可繞其縱軸線旋轉地支承著的上模(2)以及至少一個可繞其縱軸線旋轉地支承著的底部沖頭(3)，其中，沖頭(上模(2)和底部沖頭(3))可在電機傳動下沿軸向相對于陰模(1)移動，此至少一個上模(2)為獲得螺旋線狀運動，除了其軸向傳動外還被傳動繞其縱軸線旋轉。本發明的特征在于，設有一個電子控制器(8)；此至少一個底部沖頭(3)同樣被傳動旋轉；以及，沖頭(2，3)的電動的旋轉傳動總是與沖頭(2，3)軸向運動的傳動在機械上分離，并可通過控制器(8)單獨調整。
文檔編號B30B11/02GK1154082SQ95194316
公開日1997年7月9日 申請日期1995年7月13日 優先權日1994年8月2日
發明者賴納·林克, 克勞斯·福森, 馬蒂亞斯·霍爾特豪森, 諾貝特·尼斯 申請人:曼內斯曼股份公司