专利名称：一种基于流动控制成形原理的直齿轮精锻工艺及模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及小模数直齿轮的精锻成形技术领域，特别涉及一种基于流动控制成形原理的直齿轮精锻工艺及模具。
背景技术：
小模数直齿轮的精锻成形，具有节材、节能、加工成本低、效率高等显著优势，而且可以大幅度提高产品内在质量与表面质量，但是由于齿形(特别是上下角隅处)充填困难，需要较大的成形力，引起凹模型腔壁压强过大，导致凹模容易开裂，基于此，日本的K.0sakada等人提出了采用分流原理降低成形载荷；英国Birmingham大学的Tuncer C和Dean T.A.提出了用空心锻坯精锻直齿圆柱齿轮的浮动凹模原理；南昌大学的谭险峰、林治平和江雄心等利用浮动组合凹模分析了冲挤、镦挤、分流镦挤、带芯棒镦挤、调面镦挤和带毂件复合镦挤等成形方式；郑州机械所刘华等人利用液压装置实现浮动凹模双向墩挤坯料，获得所需的工件。这些利用分流原理和浮动凹模的齿轮精锻成形工艺和装置，或者成形后需要机加工去除多余材料，达不到精锻的目的，或者模具装置复杂，控制起来困难，失去了精锻成形高效、节能的特点，难于实现工业应用。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于流动控制成形原理的直齿轮精锻工艺及模具，通过控制坯料在模腔中的流动，使得整个成形过程中坯料始终有自由流动的空间，在较低载荷下能精锻出齿形充填完整的锻件，具有工序简单，材料利用率高，产品精度高，后续机加工少的优点。为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为:一种基于流动控制成形原理的直齿轮精锻工艺，是将环形坯料I先锻成预锻件2，再把预锻件2锻成终锻件3，具体包括以下步骤:第一步，对采用带芯轴6的环形坯料I在闭式精锻模具中进行闭式精锻成形，在芯轴6的限制下使环形坯料I流向齿形凹模5的型腔，齿形凹模5在定位销钉9的作用下保持不动并对环形坯料I形成向上的摩擦力，促进预锻件2上角部齿形的充填；第二步，将定位销钉9高度调低，使齿形凹模5仅仅依靠弹簧8支撑，利用上压块12将芯轴6压下，形成中心分流区13后，对预锻件2进行第二次精锻成形，成形的同时上压块12推着齿形凹模5同速下行，利用齿形凹模5对环形坯料I向下的摩擦力促进终锻件3下角部齿形的充填。一种基于流动控制成形原理的直齿轮精锻模具，包括齿形上冲头4，齿形上冲头4的顶部和压力机滑块固定，齿形下冲头7的底部和下模板11固定，齿形凹模5通过其上的内齿与齿形上冲头4和齿形下冲头7上的外齿配合，齿形凹模5底部通过均布在下模板11上的弹簧8和定位销钉9与下模板11活动连接，芯轴6位于齿形下冲头7的中心孔中，芯轴6的下部和顶出杆10相连,顶出杆10固定在压力机的顶出机构上。
所述的齿形上冲头4，其中心部位加工出中心孔4a，其成形部分为齿形凸起4b，在和坯料接触的成形部分加工出倒角4c。所述的齿形下冲头7，其中心部位加工出中心孔7a，其成形部分为齿形凸起7b，在和坯料接触的成形部分加工出倒角7c。所述的齿形凹模5,其内部为内齿5a,外圆周加工成锥形5b。所述的芯轴6，其上部采用直径小的第一圆柱体6a，中间为弧形过渡部分6b，下部采用直径大的第二圆柱体6c。所述的上压头12，其中部设有向下凸起的圆柱体12a，外部为环形的凸起12b。由于本发明通过控制坯料在模腔中的流动，使得整个成形过程中坯料始终有自由流动的空间，在较低载荷下能精锻出齿形充填完整的锻件，具有工序简单，材料利用率高，产品精度高，后续机加工少的优点。
图1为本发明工艺流程图。图2为本发明的第一步精锻成形模具结构示意图。图3为本发明的第二步精锻成形模具结构示意图。图4为本发明的齿形上冲头结构示意图。图5为本发明的齿形下冲头结构示意图。图6为本发明的齿形凹模结构示意图。图7为本发明的芯轴结构示意图。图8为本发明的上压头结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做详细描述。一种基于流动控制成形原理的直齿轮精锻工艺，参照图1，是将环形坯料I先锻成预锻件2，再把预锻件2锻成终锻件3，具体包括以下步骤:第一步，参照图2和图3，对采用带芯轴6的环形坯料I在闭式精锻模具中进行闭式精锻成形，在芯轴6的限制下使环形坯料I流向齿形凹模5的型腔，齿形凹模5在定位销钉9的作用下保持不动并对环形坯料I形成向上的摩擦力，促进预锻件2上角部齿形的充填，成形出预锻件2;第二步，参照图2和图3，将定位销钉9高度调低，使齿形凹模5仅仅依靠弹簧8支撑，利用上压块12将芯轴6压下，形成中心分流区13后，对预锻件2进行第二次精锻成形，成形的同时上压块12推着齿形凹模5同速下行，利用齿形凹模5对环形坯料I向下的摩擦力促进终锻件3下角部齿形的充填。参照图2和图3，一种基于流动控制成形原理的直齿轮精锻模具包括齿形上冲头4，齿形上冲头4的顶部和压力机滑块固定，齿形下冲头7的底部和下模板11固定，齿形凹模5通过其上的内齿5a与齿形上冲头4的外齿4b和齿形下冲头7的外齿7b配合，齿形凹模5底部通过均布在下模板11上的弹簧8和定位销钉9与下模板11活动连接，芯轴6位于齿形下冲头7的孔中，芯轴6的下部和顶出杆10相连，顶出杆10固定在压力机的顶出机构上。参照图4，所述的齿形上冲头4，其中心部位加工出中心孔4a，其成形部分为齿形凸起4b，在和坯料接触的成形部分加工出倒角4c。参照图5，所述的齿形下冲头7，其中心部位加工出中心孔7a，其成形部分为齿形凸起7b，在和坯料接触的成形部分加工出倒角7c。参照图6，所述的齿形凹模5，其内部为内齿5a，外圆周加工成锥形5b。参照图7，所述的芯轴6，其上部采用直径小的第一圆柱体6a，中间为弧形过渡部分6b,下部采用直径大的第二圆柱体6c。参照图8，所述的上压头12，其中部设有向下凸起的圆柱体12a，外部为环形的凸起 12b。附图中:1为环形坯料；2为预锻件；3为终锻件；4为齿形上冲头；5为齿形凹模；6为芯轴；7为齿形下冲头；8为弹簧；9为定位销钉；10为顶出杆；11为下模板；12为上压头；13为中心分流区。
权利要求
1.一种基于流动控制成形原理的直齿轮精锻工艺，是将环形坯料(I)先锻成预锻件(2)，再把预锻件(2)锻成终锻件(3)，其特征在于，具体包括以下步骤: 第一步，对采用带芯轴(6)的环形坯料(I)在闭式精锻模具中进行闭式精锻成形，在芯轴(6)的限制下使环形坯料(I)流向齿形凹模(5)的型腔，齿形凹模(5)在定位销钉(9)的作用下保持不动并对环形坯料(I)形成向上的摩擦力，促进预锻件(2)上角部齿形的充填； 第二步，将定位销钉(9)高度调低，使齿形凹模(5)仅仅依靠弹簧(8)支撑，利用上压块(12)将芯轴(6)压下，形成中心分流区(13)后，对预锻件(2)进行第二次精锻成形，成形的同时上压块(12)推着齿形凹模(5)同速下行，利用齿形凹模(5)对环形坯料(I)向下的摩擦力促进终锻件(3)下角部齿形的充填。
2.根据权利要求1所述的一种基于流动控制成形原理的直齿轮精锻工艺的精锻模具，其特征在于:包括齿形上冲头(4)，齿形上冲头(4)的顶部和压力机滑块固定，齿形下冲头(7)的底部和下模板(11)固定，齿形凹模(5)通过其上的内齿与齿形上冲头(4)和齿形下冲头(7)上的外齿配合，齿形凹模(5)底部通过均布在下模板(11)上的弹簧(8)和定位销钉(9 )与下模板(11)活动连接，芯轴(6 )位于齿形下冲头(7 )的中心孔中，芯轴(6 )的下部和顶出杆(10)相连，顶出杆(10)固定在压力机的顶出机构上。
3.根据权利要求2所述的一种基于流动控制成形原理的直齿轮精锻工艺的精锻模具，其特征在于:所述的齿形上冲头(4)，其中心部位加工出中心孔4a，其成形部分为齿形凸起4b，在和坯料接触的成形部分加工出倒角4c。
4.根据权利要求2所述的一种基于流动控制成形原理的直齿轮精锻工艺的精锻模具，其特征在于:所述的齿形下冲头(7)，其中心部位加工出中心孔7a，其成形部分为齿形凸起7b，在和坯料接触的成形部分加工出倒角7c。
5.根据权利要求2所述的一种基于流动控制成形原理的直齿轮精锻工艺的精锻模具，其特征在于:所述的齿形凹模(5)，其内部为内齿5a，外圆周加工成锥形5b。
6.根据权利要求2所述的一种基于流动控制成形原理的直齿轮精锻工艺的精锻模具，其特征在于:所述的芯轴(6)，其上部采用直径小的第一圆柱体6a，中间为弧形过渡部分6b,下部采用直径大的第二圆柱体6c。
7.根据权利要求1所述的一种基于流动控制成形原理的直齿轮精锻工艺，其特征在于:所述的上压头(12)，其中部设有向下凸起的圆柱体12a，外部为环形的凸起12b。
全文摘要
一种基于流动控制成形原理的直齿轮精锻工艺及模具，工艺第一步对采用带芯轴的环形坯料在闭式精锻模具中进行闭式精锻成形，促使坯料流向齿形凹模型腔，同时利用不动的齿形凹模对坯料向上的摩擦力，促进上角部齿形的充填；第二步，利用上压块将芯轴压下，形成中心分流区后，进行第二次的精锻成形，同时上压块将齿形凹模压下，利用齿形凹模对坯料向下的摩擦力促进下角部齿形的充填，通过控制坯料在模腔中的流动，使得整个成形过程中坯料始终有自由流动的空间，在较低载荷下能精锻出齿形充填完整的锻件，具有工序简单，材料利用率高，产品精度高，后续机加工少的优点。
文档编号B21J13/02GK103157740SQ20131007456
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月8日 优先权日2013年3月8日
发明者杨程, 章建军 申请人:西安建筑科技大学