专利名称：直齿圆柱齿轮挤压凹模的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于金属挤压成形的挤压模具。更具体地说是一种尤其是用于直齿圆柱齿轮挤压成型的挤压模。
背景技术：
目前普遍使用的直齿圆柱齿轮挤压模主要存在的问题是挤压成型过程中挤压力大、齿形部分充满难、凹模渐开线部分磨损大等。
发明内容
本发明所要解决的问题是避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种挤压力小，齿形部分容易充满，凹模渐开线不易磨损、寿命长的直齿圆柱齿轮挤压凹模。
本发明所采用的技术方案是a、所述凹模入口直径大于成型齿轮分度圆直径、小于成型齿轮齿顶圆直径；b、所述凹模成形段未端的齿间间隙几何形状及尺寸与成型齿轮平面投影的齿廓一致；c、所述凹模成形段任意横断面，除齿廓顶部圆弧r至齿间侧壁之切点外，齿间其余部分几何形状尺寸均与凹模成形段未端相应部位一致，周节所对之中心角相同。
本发明模具在挤压成型时，是使凹模齿廓部分的金属在挤压力的作用下产生径向流动，从而充满凹模齿间间隙，只有当齿间间隙充满之后，若有多余的金属，才有可能产生缩径的轴向流动。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在1、本发明模具用于金属挤压成型，由于独特的结构设置，在其逐步成型的过程中，成形段的任意横断面，除齿廓顶部圆弧r至齿间侧壁之切点外，齿间其余部分几何形状尺寸均与凹模成形段未端相应部位一致，因此凡已挤入凹模齿间间隙的金属部分，便已局部成形，在后继挤压过程中，这部分已成型的金属只作刚性径向移动，并不参予塑性变形。凹模齿间壁部对这一部分已局部成型金属的径向移动，在齿间间隙充满前并不形成阻力。故成形容易。
2、对于凹模齿顶圆圆内的毛坯金属来说，因受到摩擦力以及与摩擦力同一方向上挤压力分力的作用，金属沿轴线流动阻力很大。这使得在挤压过程中，金属充满相应成形段的齿间间隙之前是不可能产生缩减毛坯横断面面积的轴向流动的。这在设计中为选择毛坯的横断面面积提供了可靠的依据。
3、对于金属的已局部成形部分，在挤压过程中，沿凹模齿间间隙顺挤压力方向移动时，因受到与摩擦力方向相反的挤压力分力的作用，因而减小了摩擦的影响，利于该部分金属的移动。这一点对于中碳钢的冷挤压，防止已成形的局部金属的齿廓部分产生横向裂纹十分有利。
4、本发明模具在整个挤压过程中，凹模齿顶面是使毛坯金属产生塑性流动的唯一施压面，与凹模齿间侧壁比较也是最大磨损面，其对应的正是所挤金属齿轮齿根部分。对于全齿轮的公差带来说，齿轮齿根部分正是公差带最宽的地方。仅从这一点来看，本发明模具使用寿命更长。
5、毛坯的断面缩减率越小、挤压力也越小。使用本发明模具，毛坯挤压的断面缩减率理论值为“零”，具体实施中采用毛坯的断面缩减率为1-9％，较之已有技术中的约为40％的断面缩减率，本发明成形所需的挤压力可大大降低。
6、与本发明相关的结构形式同样可以设计为直齿非圆柱齿轮挤压模，以及带有梯形(两侧均有一定斜度)凸翅的直轴和管形件的挤压模。
图面说明
图1为本发明直齿圆柱齿轮挤压凹模工作部分局部剖视。
图2为本发明凹模内侧壁局部放大示意图。
图3为本发明凹模成形横截面示意图。
图4为本发明凹模与毛坯挤压状况横截面示意图。
图中，1凸模、2导向段、3成型段、4支承段、5凹模垫板、6迹线、7斜壁、8切点、9齿间隙、10已成形部分。
具体实施例方式参见附图1，本实施例中的凹模自毛坯入口至成形金属出口，依次为导向段2、成形段3、支承段4和凹模垫板5。在凹模的导向段2中，凹模入口直径应大于成型齿轮分度圆直径、小于成型齿轮齿顶圆直径，毛坯的直径作相应设置。凸模1与凹模之导向段2的单边间隙不大于0.15mm，为使支承更为有效，成形段3与支承段4应设计为整体结构。
图2所示，凹模成形段4的未端(图中所示为B-C断面)，其齿间间隙几何形状及尺寸与成型齿轮平面投影的齿廓一致。包括凹模齿根圆半径R’为所挤齿轮的齿顶圆半径，凹模顶圆半径R”为所挤齿轮齿根半径，凹模的分度圆与周节(360°/Z、Z为齿数)与所挤齿轮相同。R0为所选毛坯半径。
参见图2、图3和图4，在凹模成形段任意横断面(图中所示为D-E断面)上，除齿廓顶部圆弧r至齿间侧壁之切点8外，齿间其余部分几何形状尺寸均与凹模成形段未端(B-C断面)相应部位一致，周节所对之中心角相同，均为360°/Z。若将D-E断面中金属已成形部分10(图4所示)直接移入B-C断面的齿间间隙9中，则已成形部分10与B-C断面的齿间侧壁与凹模根部有一明显的间隙，其间隙值在径向为h，当已成形部分10要完全充满B-C断面的齿间隙9时，显然已成形部分10只需作刚性径向流动，齿间隙9的侧壁不可能对其形成阻力。成形过程中真正能对D-E断面已成形部分10构成径向流动阻力的，只有凹模齿顶圆弧r所挤出的金属齿间侧壁的接触段的长度，就B-C断面与D-E断面而言，该长度在径向为h，但在挤压这一连续变形过程中，其齿间侧壁接触段的长度趋近于“零”，因此利于径向挤压时齿形充满。
图2示出，本实施例中，凹模在齿顶形成了内倾的AC斜壁7，挤压力P1在该AC斜壁7上产生了一个与挤压方向相反的分力P3，该分力P3因与摩擦力同一方向而增大摩擦的总体效果，且该斜壁7的长度最长(斜壁7的长度为成形段全长)，金属沿轴线流动阻力大，利于毛坯金属的径向流动。具体实施中，凹模齿顶应为凸圆弧，并与齿间侧壁相切，该圆弧面是毛坯金属性产生塑性流动的唯一的施压面。
如图2所示，为便于线切割，凹模成形段3的齿根轴向迹线6可以设计成AB直线。当毛坯金属充满相应凹模齿间间隙后，在凹模齿根轴向迹线AB面上产生作用于已成形部分的齿顶合力P4，由P4分解为水平分力P5和垂直分力P6，其中P5的作用只近似为静水压，不可能使已成形部分产生任何变形与流动，P6因与摩擦力方向相反，因而减小了摩擦力的影响。
考虑到凹模本身的制造工艺，以及为了使毛坯金属在挤压时能完全充满各相应段凹模齿间间隙，实际设计中，所选毛坯的横断面面积应使其断面缩减率在1-9％之间。
挤压力因毛坯的断面缩减率的减小而减小。当毛坯断面缩减率增大到8％以上时，按金属转移面积计算，则AC近似为一直线，这一点为修整凹模齿顶凸圆弧提供了方便。
在用45钢经软化，润滑后冷挤齿数z＝19，模数m＝2.5mm的直齿圆柱齿轮时，采用断面缩减率为8.3％的毛坯，AC为一直线，在315T液压机顺利挤压成形。
权利要求
1.直齿圆柱齿轮挤压凹模，其特征是a、所述凹模入口直径大于成型齿轮分度圆直径、小于成型齿轮齿顶圆直径；b、所述凹模成形段未端(B-C断面)的齿间间隙几何形状及尺寸与成型齿轮平面投影的齿廓一致；c、所述凹模成形段任意横断面(D-E断面)，除齿廓顶部圆弧r至齿间侧壁之切点(8)外，齿间其余部分几何形状尺寸均与凹模成形段未端(B-C断面)相应部位一致，周节所对之中心角相同。
2.根据权利要求1所述的直齿圆柱齿轮挤压凹模，其特征是所述凹模齿顶为凸圆弧，并与齿间侧壁相切。
全文摘要
直齿圆柱齿轮挤压凹模，其特征是凹模入口直径大于成型齿轮分度圆直径、小于成型齿轮齿顶圆直径；凹模成形段未端的齿间间隙几何形状及尺寸与成型齿轮平面投影的齿廓一致；凹模成形段任意横断面，除齿廓顶部圆弧至齿间侧壁之切点外，齿间其余部分几何形状尺寸均与凹模成形段末端相应部位一致，周节所对之中心角相同。本发明金属成型所需的挤压力小，齿形部分容易充满，凹模渐开线不易磨损，使用寿命长。
文档编号B21C25/00GK1544175SQ20031010648
公开日2004年11月10日 申请日期2003年11月27日 优先权日2003年11月27日
发明者刘永熙, 王强, 杜晓东 申请人:合肥工业大学