专利名称：锻出齿形的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮精锻模具的制作方法
技术领域：
本实用新型属于机械制造行业中的锻压技术领域。
技术背景斜齿、螺旋齿圆柱齿轮在汽车、船舶、飞机、工程机械和机器设备中有着十分广泛 的用途。现在国内外生产这类齿轮几乎都是采用滚齿、磨齿的机加工工艺生产。这种加工 方法是成熟的、定型的生产斜齿、螺旋齿圆柱齿轮工艺。但是从又好又快发展的科学发展观 的高度来看，这种传统的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮的生产加工方法也存在固有的不足和缺陷 一是机加工成本很高、用滚齿机加工1件法向模数6. 5，齿数30，齿顶圆为221，齿厚为53， 螺旋角为13°的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮需要两个多小时才能完成，滚齿后留0. 4mm的磨削 量。而且需要专用滚齿机，机加工效率很低。二是齿形是通过滚齿机切削加工而成形的，在 滚齿的切削加工过程中，把齿和齿之间的金属纤维切断了，因此在齿轮的啮合运行中，相对 而言与直接精锻出斜齿、螺旋齿齿形的圆柱齿轮强度要差很多。三是在滚齿的切削过程中 把很多金属切削掉变成了废料，相对而言材料的消耗定额高。由于上述三项缺陷的客观存 在，因此用传统方法加工的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮成本高、效率低、机械强度较差。
发明内容为了克服斜齿、螺旋齿圆柱齿轮现行的滚齿效率低、成本高、材料消耗定额高、齿 形工作面机械强度低的不足，本实用新型提供一种直接锻造出斜齿、螺旋齿圆柱齿轮齿形 的精锻模具结构设计。本实用新型的技术效果工效高、啮合齿的机械强度高、材料利用率 高、产品的综合成本大幅降低；在设备和生产人员不增加的情况下，产能可成数倍的增长， 能明显的提高经济效益和社会效益，有利于建设资源节约型社会，符合节能减排发展低碳 经济的时代要求。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是为了解决这一技术问题设计了 两组肘杆机构融入通用模架和复合模具之中；把斜齿、螺旋齿圆柱齿轮的齿形模，沿中心点 向外呈射线状均分为8个镶块，能够满足压力机滑块在一次行程中，先后完成三个功能性 动作在滑块下行打击的工作过程中，一是要先使齿形模端面侧面压紧模(8)闭合并压紧； 然后才是上冲头(12)开始打击挤压闭合模腔内的坯料，使金属沿斜齿、螺旋齿的齿形模型 腔流动，从而锻出所需的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮的齿形工作面；压力机滑块回程后，镶块齿 形模在弹簧力的作用下向外弹射张开，实现不损伤齿形的脱模卸料。对于精度要求不是 很高的矿山机械中的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮可以不留磨光的加工余量，但是对于精度要求 较高的汽车、飞机上使用的斜齿圆柱齿轮，应留0. 4mm的磨削量；现在用滚齿机滚出来的斜 齿、螺旋齿圆柱齿轮通常也是留的0. 4mm的磨削量。对于技术方案中的斜齿、螺旋齿圆柱齿 轮镶块模，详细叙述是是为了把已锻出斜齿、螺旋齿齿形的圆柱齿轮从成型模腔内取出， 而且又不损伤圆柱斜齿轮的齿形，因此把齿形模设计成沿中心向外呈射线状的平均分割为 8个鑲块，在滑块回程过程中，在压紧模(8)脱离成形模镶块之后，在弹射机构的作用下，成形模镶块沿中心向外的射线方向快速弹射张开，张开距离大于全齿高5 8mm，向外的张开 力靠每个镶块接模中的2件弹簧的推力来完成。压紧模(8)张开之后，下顶出缸开始工作， 推动顶料杆(36)完成顶件卸料。一次行程完成一件锻出齿形的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮锻件成品。本设计方案的技术核心内容有设计有两组用传动板(22)驱动的呈左右对称布 置的板式传动的杆系机构，传动板(22)与上模座(18)用螺钉11紧固连接，上接模(9)用 螺钉(17)与连接板(23)紧固连接，(23)用B点转动轴(24)和连杆AB(25)作可动连接， AB的A点转动轴(26)通过轴承作可以沿着ACDE滑动可动连接。传动板(22)通过上模座 (18)间接的与压力机滑块作固定连接。为保证锻造出来的斜齿、螺旋齿的齿面轮廓清晰还 必须注意三个环节①在圆柱斜齿轮齿形型腔模的两个端面的每个齿顶处的两个相邻模具 零件中，设计了消气的排气沟槽消除模膛内的空气，解决坯料充满模膛以保证锻出的齿形 轮廓。②闭合压紧模(8)的压紧力的大小可以调节，用可变厚度的调节块(10)来调节压紧 力的大小；(10)连接在上接模(9)和连接板(23)之间。上接模(9)的外形为矩形，内部为 圆形；便于安装齿形型腔模的端面和侧面压紧模(8)，(8)的内圆下半部设计为圆锥形，滑 块向下行程时，圆锥面先实施对齿形型腔模沿中心线收紧校圆并且压紧之后、紧接着才是 又对齿形模的上端面实施压紧。本实用新型模具只需要更换齿形型腔模镶块(7)、上冲头 (12)、下垫模(38)三个零件就可以锻造不同规格的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮齿形。不用机加 工滚铣齿形面的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮精锻模具，对于进入模膛的坯料直径的技术要求是 只宜小于齿根圆5 8mm，因为一般的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮的两个端面都有内凹的减料减 重的环形槽，如果坯料直径太小，也可成形齿面，但是容易使齿轮锻件形成内部折叠的锻造 缺陷。本实用新型模具设计的理论依据是金属在模腔内的塑性流动遵循最小阻力定律，利 用挤压原理，设计了能使坯料在模腔内处于三向压应力状态的锻模。本实用新型的有益效果是①生产斜齿、螺旋齿圆柱齿轮的生产效率很高；以加 工一件法向模数6. 5，齿数30，齿顶圆为221，齿厚为53，螺旋角为13°的斜齿、螺旋齿圆柱 齿轮，用滚齿机加工工艺一般需要140分钟左右才能加工一件齿轮，用此工艺加工后留磨 量是0. 4mm，用本实用新型的锻模生产斜齿圆柱齿轮每小时至少能生产60件左右，仍然可 以只留0. 4mm的磨削加工余量，即提高工效140倍。②提高材料利用率，依齿轮大小，模数 大小的不同，一般节约材料15%—25%不等。③改善和提高了啮合齿的机械强度。④能降 低斜齿、螺旋齿圆柱齿轮产品的综合生产成本45%以上。
附图1是“锻造出齿形的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮精锻模具”工作结束，压力机滑块 处于下死点位置时的状态图。附图2是在“锻造出齿形的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮精锻模具”中呈左右对称设置的 板式传动的杆系机构。附图3是“锻造出齿形的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮精锻模具”两级导柱导套的结构 图。附图4是“锻造出齿形的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮精锻模具”中的齿形鑲块模弹射机 构，将齿形鑲块模弹簧射开了，露出了齿轮锻件的状态图。
具体实施方式
对“锻造出齿形的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮精锻模具”附图1的具体实施方式
详细说 明如下图中左右两侧所表示的是板式传动的杆系机构，呈左右对称设计。下模座(1)安 装在压力机工作台上，其尺寸与压力机工作台的安装尺寸相吻合；下模座的凸台燕尾槽为 7°，凸台尺寸为按照模具结构要求设计与下模座(1)的燕尾槽一致，下接模(2)与下模座 (1)的连接用斜楔(33)紧固；横向按设计中心自然对中，在左侧的纵向中心，下模座设计有 定位孔，下接模有定位槽，用定位销(42)进行纵向定位，能使下接模沿着横向中心和纵向 中心实现精准的定位。下接模(2)内有成形模垫模固定座(3)其与下接模的固定用半圆楔 (32)紧固；成形模垫模(41)安装在固定座(3)之中，垫模(41)与固定座(3)用内六角螺 钉(40)连接。齿形型腔镶块模(7)与齿形型腔模的下接模镶块模(5)用内六角螺钉(6) 连接为一体，使其在成形垫模固定座(3)内沿中心向外呈射线状张开或缩紧。滑块向上回 程时，每个镶块在两盘压缩弹簧的作用力推动下快速弹射向外张开，使斜齿、螺旋齿圆柱齿 轮在下顶出缸的推动下，使顶料杆(36)向上顶出卸料，能够顺利脱模而不至于损伤已锻成 形的斜齿、螺旋齿齿轮的齿面；滑块下行工作时，齿形模端面和侧面压紧模(8)的锥形工作 面，先对齿形模侧面收拢压紧之后又对齿形型腔模(7)的上端面压紧。(8)是安装在上接模 (9)之中的，用半圆楔(31)紧固。上接模(9)与肘杆传动板的连接板(23)用螺钉(17)紧 固连接，肘杆传动板(22)与传动板连接板(23)通过连杆AB (25)作可动连接，随压力机滑 块的下行和回程而使上接模(9)上下往复运动、滑块下行时，上接模(9)在AB连杆的驱动 下先压紧齿形型腔镶块模(7)之后压力机滑块继续下行，使上冲头(12)打击挤压闭合模膛 内的坯料而锻成斜齿、螺旋齿圆柱齿轮的齿形。压紧力可变调节块(10)安装在上接模(9) 之上、传动板连接板(23)之下，通过改变A、B、C三点的位置关系来起到调节压紧力的作用。 上冲头(12)和上冲头固定座(16)用螺栓(16B)连接紧固在上模座(18)的中心，上模座的 (18)的安装尺寸与压力机滑块安装尺寸相吻合。对“锻造出齿形的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮精锻模具”附图具体实施方式
详细说明 如下附图2右侧剖视图中间的杆系机构为左侧视图中0、Α、Β三点，当滑块在上死点位置时 的状态图，附图2为板式传动的杆系机构，其在附图1中呈左右对称设置；用螺钉(11)将传 动板(22)安装在上模座(18)上，横向即正面在左右两侧，纵向在中央位置。随压力机滑块 作上下运动。传动板(22)设计有能满足先将上模闭合并压紧之后上冲头才开始打击、挤压 坯料的特别功能性动作要求的轨迹曲线(AOTE)的运动导向槽；导向槽的AC段为垂直段，⑶ 段为斜线段，右侧的向左斜，左侧的向右斜，DE段为垂直段并且与B点在同一垂直线上；0点 为固定支座，A点为滑块下行时的终点同时又是滑块回程时的起点，OA为摆杆只能绕0点上 下摆动；B点为上接模(9)的可转动连接支承点，只能作上下垂直移动，而不能转动。B点的 上下移动靠摆杆OA(28)的转动驱动连杆AB(25)作平面运动而使B点作上下运动，本技术 方案设计的板式传动杆系机构的运动特性是B点的行程小于压力机滑块的行程。附图2中 左侧的视图为能满足滑块在一次行程中，先压紧上模之后，上冲头才开始打击、挤压闭合模 膛内的坯料的动作要求。附图2中左侧的视图所表示的位置是滑块到下死点时的位置，附 图2中右侧的剖视图所表示的是滑块到上死点的位置时，板式传动杆系机构的状态图。滑 块从下死点到上死点，A点是沿着导槽经过C点和D点到达E点与B点的位置重合。A点的转轴两端设计有2508的滚动轴承，以满足摆杆OA(28)沿导槽灵活滑动、使B点灵活的作上 下垂直运动。肘杆传动板(22)为两件板式的平面构件，用连接板(43)和螺钉(44)将两件 肘杆传动板(22)连接为一体，固定支座(30)用螺钉(29)安装固定在下模座(1)上，0点 的转轴0-0轴(27)安装在固定支座(30)之中；从而完美的实现压力机滑块在一次行程中 先压紧上模之后，上冲头才开始实施对闭合模膛内的坯料进行打击、挤压的功能动作要求。对“锻造出齿形的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮精锻模具”附图3的具体实施方式
详细 说明如下附图2所表示的板式传动的杆系机构，整体安装在附图3的上方中心位置；即安 装在上模座(18)的纵向中心位置上。上模座(18)用螺杆紧固在压力机滑块下平面上，两件 一级导套(56)安装在上模座(18)之中，两件一级导柱(55)安装在下模座(1)之中。为了 满足和保证锻模工作的平稳性，要求滑块到上死点后，下模座(1)中的导柱(55)仍在上模 座(18)的导套(56)之中，即导柱的工作长度大于滑块行程，即可圆满解决这一要求，如果 滑块行程和模具封闭高度两个参数不能实现这一要求时，则应设计可以伸缩的导柱导套。 二级导向装置是下接模(2)的导柱(52)和上接模(9)中的导套(50)仍然要求上接模在上 死点之后导柱仍在导套中，以满足保证锻件的精度和提高锻模的使用寿命；因此要求导柱 (52)的工作长度大于上接模(9)的行程与上接模高度之和。这时导柱(52)就伸出了上接 模(9)；所以就设计了外延导套(53)作为导套(50)的延伸而固定在上接模上，用以保证导 柱和导套间的运动润滑存油和清洁。这种两级导向机构的设计，可以满足在精度较差的压 力机上也能正常锻造不需机加工滚铣螺旋齿面的圆柱齿轮。对“锻造出齿形的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮精锻模具”附图4的具体实施方式
详细说 明如下齿形型腔镶块模(7)与下接模(5)用内六角螺钉(6)连为一体。当滑块处于下行 状态过程中，使附图2中的摆杆OA的A点与传动板中的C点重合时，侧面压紧模(8)已经 完全压紧齿形型腔镶块模(7)，此时的状态为附图1中所表示的状态。当滑块回程时，压紧 模(8)脱离齿形型腔镶块模(7)后，在(35)弹簧力的作用下使齿形型腔模镶块沿中心点向 外呈射线状态张开即为附图4的状态，使齿形型腔模脱离已经锻出齿形的斜齿圆柱齿轮锻 件；齿形型腔模镶块张开的距离s大于全齿高5mm 8mm，以保证顶出缸工作时顺利顶出锻 件而不至于损伤已经锻好的齿轮齿形面。为了使齿形型腔模镶块沿中心点向外的张开或向 内的收拢的限位定位，设计了导向定位销轴(4)，并且在固定座(3)中设计有导向凹槽，将 镶块模接模(5)的导向滑座嵌入固定座(3)的凹槽中，使齿形型腔模镶块向外弹射和向内 收缩灵活可靠。整体的具体实施方式
是1，首先将导柱(55)装入下模座(1)之中，下模座(1)安装在压力机工作台上，凸 台的燕尾槽安装下接模(2)其燕尾角7°，在右侧用1 100的斜楔(33)紧固，完成这步装 配之后，先将齿形型腔模镶块(7)与齿形型腔模下接模(5)用内六角螺钉(6)连为一体之 后，套在固定座(41)的外面，然后装上弹簧(35)并且装上弹簧堵头(34)，这时将装配好的 该部件整体装入固定座(3)之中，然后装上张缩导向定位销(4)和内六角螺钉(40)，完成 这部分装配之后，将此部件整体装入下接模(2)之中，然后用半圆楔(32)紧固在下接模之 中。紧接着从上面装入端面垫模(37)、端面成型模(38)和下冲头(39)。之后用螺钉(29) 将0点固定支座(30)装在下模座(1)上，之后装上顶料杆(36)，这时模具的下半部分装配 完毕。[0017] 2上半部分的安装顺序有几种装法一是从上到下逐一安装。二是先在地面将模 具上半部分全部安装好后，最后将上模座(18)用叉车举起安装在滑块下平面上。以第二种 方式说明如下首先将导套(56)装入上模座(18)之中，将齿形型腔模侧面顶面压紧模(8) 先装入上接模(9)之中，用半圆楔(31)紧固，之后装上可变厚度的压紧力的调节块(10)，之 后用内六角螺钉(17)将传动板连接板(23)紧固在上接模(9)上；之后用螺钉(21)将可改 变厚度的上冲头行程调节块(20)固定在传动板连接板(23)之上，用以调节上冲头的行程 高度。将上冲头接模(13)装入上冲头固定座(16)之中，然后用螺钉(14)连接上冲头(12)， 然后将上冲头垫板(15)放入上模座(18)之中，用螺钉(16B)将上冲头固定座(16)固定在 上模座(18)中；这时用叉车将上模座(18)举起，将导套(56)套入导柱(55)之后，将上模 座(18)安装固定在压力机滑块下平面，再接着安装板式传动的杆系机构的传动板(22)和 附图2所表示的整体部件，到此安装完成。安装完成后，先用软金属如锡等调试冲头行程和 试模，试模时坯料按计算用料的下限投料试生产。为了保证模具不出现非正常和意外的损 坏，锻模工作完毕后必须杜绝铁渣、沙石、氧化皮等杂物进入模膛内。生产时一定要彻底清 除残留在模内的氧化皮、铁渣、沙石等杂物和保证良好的润滑才能正常锻造。
权利要求锻出齿形的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮精锻模具，解决这一技术方案其特征是设计了一套与上接模作可动连接，与压力机滑块作间接的固定连接的板式杆系机构，杆系机构的O点即原点转轴(27)与下模座(1)固定连接的杆系机构，将齿形型腔模沿中心向外呈射线状均分为8个鑲块，对鑲块模校园和压紧的型腔上模(8)的下半部分是圆锥形、上半部分是圆柱形，与8个鑲块模相对应的是8个鑲块接模，每个鑲块接模安装有两盘压缩弹簧，构成使齿形鑲块模向外的弹射机构，实现不损伤齿形的脱模卸料。
2.根据权利要求1所述的锻出齿形的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮精锻模具，其特征是由压 力机滑块驱动的板式杆系机构，由传达动板(22)、AB连杆(25)、OA摆杆(28)、B点转动轴 (24)、A点转轴(26)、0点转轴(27)、上接模连接板(23)和0点固定支撑座(30)组成。
3.根据权利要求1所述的锻出齿形的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮精锻模具，其特征是对 上冲头(12)设计了行程限位的调节零件，用可变厚度的上冲头行程调节板(20)，对上冲头 (12)的行程进行调节。
4.根据权利要求1所述的锻出齿形的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮精锻模具，其特征是设计 了压紧力调节零件即2组可变厚度的压力调节板(10)，对齿形鑲块模的压紧力大小进行调 节。
5.根据权利要求1所述的锻出齿形的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮精锻模具，其特征是将上 冲头零件(12)分成两段组合，满足锻造不同规格的齿轮都能使用冲头的上半部分。
6.根据权利要求1所述的锻出齿形的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮精锻模具，其特征是设计 了两级导柱导套进行导向和精准的定位，一级导向定位是上模座(18)和下模座(1)的定 位导向，第二级导向定位是下接模(2)的导柱(52)与上接模(9)中的导套(50)，为了满足 上接模到上死点之后，下接模中的导柱仍然在上接模的导套之中，因此要求导柱的工作长 度要大于或等于上接模加下接模的总高度再加上上接模行程距离之和，可是当模具闭合后 导柱就露出上接模，所以在上接模上方设计了外延导套(53)。
7.根据权利要求1所述的锻出齿形的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮精锻模具，其特征是将齿 形模设计为沿中心点向外呈射线状的均分为8个镶块，在锻好齿形的斜齿、螺旋齿圆柱齿 轮的脱模卸料过程中，齿形镶块模在弹射机构的作用下，由中心点向外呈弹射线状快速弹 射张开，以保证不伤齿形。
8.根据权利要求1所述的锻出齿形的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮精锻模具，其特征是齿形 模的8个镶块向外的张开力是由每个镶块的两盘压缩弹簧来实现的。
9.根据权利要求1所述的锻出齿形的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮精锻模具，其特征是为使 齿形模的8个镶块，沿中心点向外和向内呈射线状的快速的可靠的张缩，向内运动的推力 是靠压力机滑块的动力，经过板式杆系机构的驱动，连接板(23)和上接模(9)传递给压紧 模(8)而对齿形模压紧，压紧模(8)的下半部分是为30°角的圆锥形，上半部分是圆柱形， 而且必须满足在附图4的卸料状态下，齿形镶块模(7)张开后的外圆尺寸，仍然在压紧模 (8)的圆锥面尺寸之内，才能使齿形模镶块顺利的向中心收拢，形成镶块之间零间隙的圆柱 斜齿轮齿形型腔模。
10.根据权利要求1所述的锻出齿形的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮精锻模具，其特征是将 齿形模的8个镶块设计为两段，齿形模镶块和齿形模接模镶块各8件，再加上16盘弹压缩 弹簧组成弹射机构。
专利摘要锻出齿形的斜齿、螺旋齿圆柱齿轮精锻模具，属于机械制造行业的锻压技术领域。解决该技术问题的技术方案其要点是设计了一套左右对称的板式杆系机构与模架和锻模三者配合联动。将齿形型腔模沿中心向外呈射线状均分为8个镶块，与8个镶块模连接的是8个鑲块接模，每块接模安装两盘压缩弹簧，构成使型腔鑲块模向外的弹射机构，可不伤齿形的脱模。对镶块模校圆压紧的型腔上模(8)的内圆，其下半部是圆锥形、上半部是圆柱形。有可变厚度的调节板(20)，调节上冲头(12)的行程。有可变厚度的调节板(10)对齿形鑲块模和型腔上模(8)的压紧力进行调节。模具有两级导柱导套定位。其用途是节能高效的生产斜齿、螺旋齿圆柱齿轮。
文档编号B21J13/02GK201711478SQ20092024332
公开日2011年1月19日 申请日期2009年11月18日 优先权日2009年11月18日
发明者杨其融 申请人:杨其融