專利名稱：內螺旋圓柱齒輪旋轉冷擠壓模具的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種齒輪加工技術領域的裝置，具體是一種內螺旋圓柱齒輪旋轉 冷擠壓模具。
背景技術：
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。將內螺旋圓柱齒輪結構用于傳動機構時，其齒形嚙合率為普通正齒輪的兩倍以上，工作 中運轉平順，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。內螺旋圓柱齒輪的現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 安裝內銑頭加工，加工難度大、成本高、生產效率低，且材料利用率不高。由于切削加工會產 生“齒形分度不均”這一嚴重缺陷，同時切削加工會導致金屬纖維被切斷，以致加工出的內 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螺旋圓柱齒輪，即采用粉末冶金復壓 復燒后得到坯材，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。經過對現有技術的檢索發現，近年來有人采用擠壓鍛造的方法生產螺旋圓柱 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 于擠壓鍛造成形內螺旋圓柱齒輪，目前還無公開文獻報道。
發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種內螺旋圓柱齒輪旋轉冷擠壓模 具，將冷擠壓鍛造方法應用到內螺旋圓柱齒輪生產，不僅改善了現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，便于生產操作，利于成本節約，同時可提高生產效率、材料利用率和產品精度。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括上模結構和下模結構，其中上模結構包括凸模、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、凸模由外而內依次套接，止推軸承設置于凸模定位 圈內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，凸模座與上模 座固定連接；
下模結構包括卸料板、凹模、凹模定位圈、凹模下墊板調節板、凹模下墊板、限位 塊、頂桿套筒、頂桿和下模座，其中卸料板活動設置于下模座上方，凹模下墊板調節板、凹 模下墊板、限位塊和凹模依次由下而上設置于凹模定位圈內，凹模定位圈固定于下模座內， 頂桿設置于頂桿套筒中固定在下模座中并與凹模下墊板調節板相接觸。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，通過凸模旋轉實現內螺旋齒形件擠壓旋轉成形和旋轉卸料。所述的凹模兩側設有滾珠軸承，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，有效降低擠壓成形過程中的 阻力，避免凸模齒形發生損壞。所述的凹模與凹模下墊板的中心開有通孔并設有頂件塊，該頂件塊為一臺階型圓 柱體結構，其中心設有與擠壓坯料的預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置若干組導柱、導套、彈簧導桿以及卸 料桿螺釘，以實現三者之間的相對運動。本發明的工作原理是擠壓坯料外側由于擠壓力作用，緊貼在凹模內壁，若采用非 旋轉式凹模，加工過程會產生巨大的摩擦阻力。為降低因摩擦阻力產生的扭矩，在模具設計 中將普通的、不具備旋轉功能的緊固式凸模、凹模均安置于旋轉軸承之中，受到擠壓時金屬 向上螺旋流動，產生的扭矩會帶動凸模、凹模在軸承中產生伺服旋轉，從而使流動金屬及凸 模、凹模所承受的旋轉阻力降低至最小，以保證螺旋流動的金屬不會因受到強大的摩擦扭 矩而發生剪切斷裂。采用本發明的模具進行內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生旋 轉。此時，凸模是主旋轉，凹模是隨動旋轉。為保證旋轉冷擠壓的實施，須使摩擦力矩MF盡 可能小，旋轉力矩MR能克服摩擦力矩MF，從而確保擠壓過程中產生工件材料與凸模、凹模 的配合旋轉。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，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。相對于現有技 術，采用本發明模具進行內螺旋齒輪零件的加工，可以提高生產效率，降低生產成本，提升 產品質量和壽命。
圖1為本發明整體結構示意圖；圖2為帶螺旋齒形的凸模零件圖；圖3為加工后的內螺旋圓柱齒輪零件圖；圖4為下模主工作區安裝過程示意圖。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行
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構和下模結構，其中上模結構包括上模座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由外而內依次套接，止 推軸承15設置于凸模定位圈11內并與凸模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，凸模座16與上模座10固定連接；下模結構包括下模座1、卸料桿螺釘2、凹模下墊板調節板3、凹模下墊板4、限位塊5、卸料板6、 導套7、卸料板鑲塊8、導柱9、擠壓坯料17、凹模18、凹模蓋板19、頂件塊20、彈簧導桿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 動設置于下模座1上方，凹模下墊板調節板3、凹模下墊板4、限位塊5和凹模18依次由下 而上設置于凹模定位圈M內，凹模定位圈M固定于下模座1內，頂桿沈設置于頂桿套筒 25中固定在下模座1中，支撐著凹模下墊板調節板3，擠壓坯料17為實施過程中的產品原 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和凹模墊板調整板3，配合滾珠軸承23可以實現周向旋轉。 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和頂桿沈將擠壓坯料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在彈簧導桿21和卸料板6的共同作用下發 生壓縮，卸料板6、卸料板鑲塊8與卸料桿螺釘2發生相對運動。當凸模13與放置在凹模18中的擠壓坯料17發生接觸時，整個擠壓成形過程開始 進行，即凸模13繼續向下移動，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 自動地產生旋轉，直至成形出所需高度的內螺旋圓柱齒輪27，如圖3所示。成形完成后，卸料板6在彈簧導桿21、彈簧22以及卸料桿螺釘2的共同作用下復 位。此模具的下模主工作區31結構復雜，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與頂桿沈組合為復合頂桿27，一同放置入下模座1內部，形成復合 下模座觀。與此同時，將凹模下墊板調節板3和凹模下墊板4安裝至凹模固定圈M內，形 成組合凹模附件四。隨后頂件塊20放入組合凹模附件四，并與復合下模座觀組合起來， 形成復合凹模附件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31安裝完畢。
權利要求
1.一種內螺旋圓柱齒輪旋轉冷擠壓模具，上模結構和下模結構，其特征在于上模結構包括凸模、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、凸模由外而內依次套接，止推軸承設置于凸模定位圈內 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，凸模座與上模座固 定連接；下模結構包括卸料板、凹模、凹模定位圈、凹模下墊板調節板、凹模下墊板、限位塊、頂 桿套筒、頂桿和下模座，其中卸料板活動設置于下模座上方，凹模下墊板調節板、凹模下墊 板、限位塊和凹模依次由下而上設置于凹模定位圈內，凹模定位圈固定于下模座內，頂桿設 置于頂桿套筒中固定在下模座中并與凹模下墊板調節板相接觸。
2.根據權利要求1所述的內螺旋圓柱齒輪旋轉冷擠壓模具，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.根據權利要求1所述的內螺旋圓柱齒輪旋轉冷擠壓模具，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，通過凸模旋轉實現內 螺旋齒形件擠壓旋轉成形和旋轉卸料。
4.根據權利要求1所述的內螺旋圓柱齒輪旋轉冷擠壓模具，其特征是，所述的凹模兩 側設有滾珠軸承，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.根據權利要求1所述的內螺旋圓柱齒輪旋轉冷擠壓模具，其特征是，所述的凹模與 凹模下墊板的中心開有通孔并設有頂件塊，該頂件塊為一臺階型圓柱體結構，其中心設有 與擠壓坯料的預沖孔直徑相同的通孔。
6.根據權利要求1所述的內螺旋圓柱齒輪旋轉冷擠壓模具，其特征是，所述的上模座、 卸料板與下模座之間垂直設置若干組導柱、導套、彈簧導桿以及卸料桿螺釘，以實現三者之 間的相對運動。
全文摘要
一種齒輪加工技術領域的內螺旋圓柱齒輪旋轉冷擠壓模具，包括上模結構和下模結構，上模結構包括上模結構包括凸模、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；下模結構包括卸料板、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。本發明改善現有機械切削方法以及滾齒方法存在的不足，便于生產操作，利于成本節約，同時可提高生產效率、材料利用率和產品精度。
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 優先權日2010年11月24日
發明者向華, 吳公明, 莊新村, 李宏燁, 趙震 申請人:上海交通大學