0093]附图15为附图13所示之凹模11仰视二维图中A-A局部剖视图。12为扩腔空间(齿厚方向)，b为齿宽方向扩腔范围，α为扩腔斜角，Β为齿宽。
[0094]附图16为向下斜看凹模11的三维造型。
[0095]附图17为向上斜看凹模11三维造型。可见扩腔空间12。
[0096]附图18为凹模11三维造型沿子午面剖开状态。12为扩腔空间。
[0097]附图19为下凸模10三维造型。
[0098]附图20为上凸模13三维造型。
[0099]附图21为设备上无法实现下顶出时，以另一种方式实现精密成形顶出阶段过程图。其中，左侧为上凸模13(该图中略)已上行，中间状态工件3位于凹模11的模腔中待顶出时的状态;右侧为凹模11下行(下凸模10固定不动)，使得下角隅发生再次变形，得到齿轮精锻件1，并使凹模11上平面相对工件下落足够高度，实现工件从凹模11中脱出。b为齿宽方向扩腔范围，α为扩腔斜角，10为下凸模，12为扩腔空间。
[0?00]附图22为斜齿柱形齿轮(模数为4，齿数为12，齿宽为30mm，齿顶圆直径为56mm，齿高为9mm，分度圆柱螺旋角为14°)精密成形数值模拟镦压结束效果图。
[Ο?Ο?]附图23为斜齿柱形齿轮(模数为4，齿数为12，齿宽为30mm，齿顶圆直径为56mm，齿高为9mm，分度圆柱螺旋角为14°)精密成形数值模拟顶出阶段中间状态件正在变形效果图。
[0102]附图24为斜齿柱形齿轮精密成形数值模拟结果，得到斜齿柱形齿轮(模数为4，齿数为12，齿宽为30mm，齿顶圆直径为56mm，齿高为9mm，分度圆柱螺旋角为14°)精锻件。
[0103]以上附图中:1为齿轮精锻件，2为圆柱坯料，3为中间状态工件，4为凸起体积；10为下凸模，11为凹模，12为扩腔空间，13为上凸模。
[0104]具体的实施方式
[0105]本发明将结合附图通过以下实施例作进一步说明。
[0106]实施例。
[0107]以某圆柱齿轮(齿数z= 12，模数m=4，齿宽B = 30mm，齿高H = 9mm。参见附图1)精密成形过程为实施例。
[0108]先介绍其精密成形模具。模具由下凸模10、凹模11、上凸模13组成(参见附图3、附图4)。
[0109]凹模11模腔主体呈贯通状，但侧壁不完全是直通式的，齿顶腔中、下段为扩腔空间12(对应于齿轮下角隅及临近区域，参见附图12、附图13、附图14、附图15、附图17、附图18)，凹模11的子午面尺寸参见附图3、附图4、附图12，凹模11的仰视图参见附图13、附图14、附图17。齿宽方向扩腔范围b取13mm;齿顶方向扩腔斜角α取10°，齿厚方向α(参见附图15)取5°?10° (—般为渐变状态)；齿高方向扩腔范围h取3mm(参见附图14)。凹模11的三维造型参见附图16、附图17、附图18。为提高承载能力，凹模11须用预应力圈箍紧，通常还需与有关连接零件(螺钉、销钉等)、支承零件(模座、垫板等)一道构成下模部分，其结构的设计制造可参照现有模具。
[0110]下凸模10的三维造型参见附图19，下凸模10工作端轴向投影轮廓按齿廓制造，但周向略减小，与凹模齿廓部分之间的间隙取(0.05?0.15)mm;下凸模10工作端子午面形状视有无辐板、轮毂而定。注意，下凸模10工作端轴向投影轮廓不能随扩腔空间12增大。下凸模10在顶出机构(含自重力)的驱动下应能上下运动(参见附图4)，其顶出行程以能将已成形的齿轮精锻件1取出为度。
[0111]上凸模13的三维造型参见附图20，上凸模13工作端轴向投影轮廓也按齿廓制造，周向也需与凹模齿廓部分保持适当间隙，间隙取值范围可参照上凸模;上凸模13工作端子午面形状视有无辐板、轮毂而定。上凸模13通常需要通过垫板、连接零件与设备滑块连接，亦参照现有模具结构设计制造。
[0112]模具选材与热处理，模具表面粗糙度及模具制造的有关要求参见本专业有关手
ΠΠ./J/J ο
[0113]模具工作时，上模部分与设备滑块连接，下模部分应紧固于设备工作台上。同一般金属体积成形加工模具一样，在无固定行程的设备(如螺旋压力机或液压机)上使用时，应设置限程块，以控制模具闭合高度。限程块最好能在不太大的范围(如5mm以内)实现微调。
[0114]考虑到塑性金属热变形速度既不能过慢，也不能过快，成形设备可选用配备顶出机构的螺旋压力机、曲柄压力机或液压机，顶出机构应能提供足够大的顶出力。这些种类的设备在金属成形加工行业属于常见设备。
[0115]以下阐述本发明用于轮齿精密成形的具体实施步骤。
[0116]1)坯料规格选择:坯料2直径Do应略小于齿轮精锻件1齿根圆直径Df，以坯料加热后能放入凹模11的模膛中为宜，以便准确定位，若坯料直径偏小，宜增加制坯(镦粗或成形镦粗等)工步。
[0117]2)下料:坯料尺寸(参见附图2)按体积(包含加热损耗)不变原则确定。表面质量、尺寸及体积精度按精密级要求。
[0118]3)坯料加热:在感应圈或其它加热设备上将坯料加热到锻造温度。若能尽量减少氧化皮则更好。
[0119]4)镦压(参见附图3和附图4左侧):工作前，需对模具进行合理预热;再将已加热的圆柱坯料2立置于凹模11的模膛中(下凸模10之上)，设备滑块带动上凸模13下行，上凸模13对圆柱坯料2进行镦压，圆柱坯料2轴向高度减小，径向尺寸增大；圆柱坯料2被镦压到预定高度(本实施例为30mm)，得到中间状态工件3，其形状特征是，上角隅基本充满，下角隅欠规整(欠充满，但临近区域略有凸起体积4);此后，设备滑块带动上凸模13上行，停留在上极点。
[0120]5)顶出(参见附图4右侧):下凸模10在顶出机构的驱动下上行，将中间状态工件3顶出，顶出过程中，由于扩腔斜角α的存在，使得下角隅临近区域发生再次变形(被整形)，凸起体积4被逐步转移至下角隅，实现下角隅填充，成为齿轮精锻件1。
[0121]6)下凸模复位:齿轮精锻件1被取走，下凸模10在驱动机构或自重力作用下复位，即回落到下极点位置。
[0122]生产过程中，模具工作部位可适当涂抹具有冷却和润滑作用的流体物质。并及时清除残留氧化皮等。
[0123]以上描述的是一个工作循环，完成一件齿轮的精密成形。
[0124]后续工序，如锻件冷却、热处理、表面清理、去毛刺乃至精整等与一般精密锻件生产工序类似。
【主权项】
1.一种角隅易充满的直/斜齿柱形齿轮精密成形方法，其特征是在闭式模锻镦压阶段，圆柱坯料(2)被镦压成下角隅欠规整的中间工序件(3);中间工序件(3)以凸起的形式预留了所需体积(4)，凸起体积(4)临近下角隅，相对齿廓凸起，而下角隅呈欠充满状态； 在顶出阶段，下凸模(10)上行，利用凹模(11)的扩腔侧壁锥面作用，使中间工序件(3)欠规整的下角隅再次发生变形，将凸起体积(4)向下角隅转移，完成下角隅成形，得到齿轮精锻件(1)。2.权利要求1所述的角隅易充满的直/斜齿柱形齿轮精密成形方法的模具，包括上凸模、下凸模、凹模，其特征是所述凹模(11)具有如下结构: 其模腔下角隅临近部位为倾斜状态，用底面轮廓较轮齿齿顶轮廓增大的锥面将各个下角隅临近部位凹模腔扩大，使相应部位柱状模腔变为上小下大的棱台状模腔，齿根及远离下角隅部分依然保持柱状模腔； 扩腔空间(12)体积由以下几何参数确定:1)齿宽方向扩腔范围b取值范围为B/3?B/2，B为齿宽；2)扩腔斜角α取值范围为5°?15°，若扩腔后相邻齿廓之间的距离t<0.5mm，则齿厚方向扩腔斜角α取值相对齿高方向稍小;3)齿高方向扩腔范围h取值范围为H/4?H/3，H为齿高。
【专利摘要】一种角隅易充满的直/斜齿柱形齿轮精密成形方法及模具，在闭式模锻镦压阶段，圆柱坯料被镦压成下角隅欠规整的中间工序件；中间工序件临近下角隅预留了相对齿廓凸起的体积；在顶出阶段，下凸模上行，利用凹模的侧壁锥面作用，使中间工序件欠规整的下角隅再次发生变形，将凸起体积向下角隅转移，完成下角隅成形。凹模结构为，用底面轮廓较轮齿齿顶轮廓增大的锥面将各个下角隅临近部位凹模腔扩大，使相应部位柱状模腔变为上小下大的棱台状模腔，齿根及远离下角隅部分依然保持柱状模腔。本发明解决了传统柱形齿轮精密成形存在的轮齿角隅填充欠饱满，成形力大，模具结构复杂而服役条件恶劣，模具寿命不高，对设备动作要求复杂等一系列问题。
【IPC分类】B21K1/30, B21J13/02
【公开号】CN105436390
【申请号】CN201510742750
【发明人】张如华, 龙启博, 陈家, 叶亚彬, 徐强, 郭开元
【申请人】南昌大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年11月3日