专利名称：内螺旋圆柱齿轮旋转冷挤压模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种齿轮加工技术领域的装置，具体是一种内螺旋圆柱齿轮旋转 冷挤压模具。
背景技术：
螺旋圆柱齿轮具有广泛的用途，可用于大功率电动工具与其它传动组件的配套需 求。将内螺旋圆柱齿轮结构用于传动机构时，其齿形啮合率为普通正齿轮的两倍以上，工作 中运转平顺，噪音小，同时螺旋圆柱齿轮还具备高输出扭矩和低背隙的特性。内螺旋圆柱齿轮的现有加工方法主要为机械切削加工，如采用车削加工或铣牙机 安装内铣头加工，加工难度大、成本高、生产效率低，且材料利用率不高。由于切削加工会产 生“齿形分度不均”这一严重缺陷，同时切削加工会导致金属纤维被切断，以致加工出的内 螺旋圆柱齿轮的强度降低，使用寿命缩短。除切削加工外，有时也采用滚齿方法加工内螺旋圆柱齿轮，即采用粉末冶金复压 复烧后得到坯材，再通过滚齿工艺进行加工。但滚齿加工所得零件齿形精度及机械性能较 差，且批量一致性差，不适合大批量生产。经过对现有技术的检索发现，近年来有人采用挤压锻造的方法生产螺旋圆柱 齿轮，B. A. Behrens, E. Doege等采用完全闭式模具热挤压锻造成形螺旋圆柱齿轮，见 B.A. Behrens, E.Doege et., Precision forging processes for high-duty automotive components (高强度汽车零件生产中的精密锻造工艺)，Journal of Materials Processing Technology Vol. 185(2007) :139-146 ;S. Y. Jung，M. C. Kang等采用两套模具先 将坯料冷挤压成形正齿轮，再将成形的正齿轮锻成螺旋齿轮，见S. Y. Jung,M. C. Kang et.，A Study on the Extrusion by a two-step process formanufacturing helical gear(基 于两步法挤压生产螺旋齿轮的研究)Jnt J Adv Manuf Technol, Vol. 41 (2009) =684-693 上述方法均采用闭式模具锻造，锻造力大，模具寿命低，而且仅适用于成形外螺旋齿轮，关 于挤压锻造成形内螺旋圆柱齿轮，目前还无公开文献报道。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种内螺旋圆柱齿轮旋转冷挤压模 具，将冷挤压锻造方法应用到内螺旋圆柱齿轮生产，不仅改善了现有机械切削方法以及滚 齿方法存在的不足，而且解决了采用一般闭式模具锻造，锻造力大的问题，延长了模具寿 命，便于生产操作，利于成本节约，同时可提高生产效率、材料利用率和产品精度。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括上模结构和下模结构，其中上模结构包括凸模、凸模定位圈、凸模固定圈、凸模座、凸模上垫板、止推轴承和 上模座，其中凸模定位圈、凸模固定圈、凸模由外而内依次套接，止推轴承设置于凸模定位 圈内并与凸模上端相连接，凸模定位圈和凸模上垫板分别固定于凸模座内，凸模座与上模 座固定连接；
下模结构包括卸料板、凹模、凹模定位圈、凹模下垫板调节板、凹模下垫板、限位 块、顶杆套筒、顶杆和下模座，其中卸料板活动设置于下模座上方，凹模下垫板调节板、凹 模下垫板、限位块和凹模依次由下而上设置于凹模定位圈内，凹模定位圈固定于下模座内， 顶杆设置于顶杆套筒中固定在下模座中并与凹模下垫板调节板相接触。所述的凸模为阶梯形直径由上至下逐渐减小的圆锥体，凸模的顶端在成形过程中 作为挤压坯料的芯轴，与芯轴相邻为凸模的工作部分，加工成螺旋齿形。所述的凸模与凸模定位圈采用间隙配合，凸模定位圈与凸模固定圈采用过盈配 合，通过凸模旋转实现内螺旋齿形件挤压旋转成形和旋转卸料。所述的凹模两侧设有滚珠轴承，滚珠轴承与凹模之间采用过盈配合，滚珠轴承与 凹模下垫板之间采用间隙配合，保证挤压过程凹模能够旋转，有效降低挤压成形过程中的 阻力，避免凸模齿形发生损坏。所述的凹模与凹模下垫板的中心开有通孔并设有顶件块，该顶件块为一台阶型圆 柱体结构，其中心设有与挤压坯料的预冲孔直径相同的通孔。所述的上模座、卸料板与下模座之间垂直设置若干组导柱、导套、弹簧导杆以及卸 料杆螺钉，以实现三者之间的相对运动。本发明的工作原理是挤压坯料外侧由于挤压力作用，紧贴在凹模内壁，若采用非 旋转式凹模，加工过程会产生巨大的摩擦阻力。为降低因摩擦阻力产生的扭矩，在模具设计 中将普通的、不具备旋转功能的紧固式凸模、凹模均安置于旋转轴承之中，受到挤压时金属 向上螺旋流动，产生的扭矩会带动凸模、凹模在轴承中产生伺服旋转，从而使流动金属及凸 模、凹模所承受的旋转阻力降低至最小，以保证螺旋流动的金属不会因受到强大的摩擦扭 矩而发生剪切断裂。采用本发明的模具进行内螺旋圆柱齿轮零件成形时，由于金属螺旋流动方向向 上，主扭矩作用在凸模上。在凸模上端面用止推轴承支撑，凸模与轴承在扭力作用下发生旋 转。此时，凸模是主旋转，凹模是随动旋转。为保证旋转冷挤压的实施，须使摩擦力矩MF尽 可能小，旋转力矩MR能克服摩擦力矩MF，从而确保挤压过程中产生工件材料与凸模、凹模 的配合旋转。本发明采用了冷挤压成形替代了切削加工，金属流线完整，提高了齿轮的强度和 综合机械性能，增加了扭矩的传递能力，提高了齿轮的承载能力和使用寿命。相对于现有技 术，采用本发明模具进行内螺旋齿轮零件的加工，可以提高生产效率，降低生产成本，提升 产品质量和寿命。
图1为本发明整体结构示意图；图2为带螺旋齿形的凸模零件图；图3为加工后的内螺旋圆柱齿轮零件图；图4为下模主工作区安装过程示意图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行
4实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。如图1所示，本实施例包括上模结构和下模结构，其中上模结构包括上模座10、凸模定位圈11、凸模固定圈12、凸模13、凸模上垫板14、止推轴承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由外而内依次套接，止 推轴承15设置于凸模定位圈11内并与凸模13上端相连接，凸模定位圈11和凸模上垫板 14分别固定于凸模座16内，凸模座16与上模座10固定连接；下模结构包括下模座1、卸料杆螺钉2、凹模下垫板调节板3、凹模下垫板4、限位块5、卸料板6、 导套7、卸料板镶块8、导柱9、挤压坯料17、凹模18、凹模盖板19、顶件块20、弹簧导杆21、 弹簧22、滚珠轴承23、凹模定位圈24、顶杆套筒25、顶杆沈等主要部件。其中卸料板6活 动设置于下模座1上方，凹模下垫板调节板3、凹模下垫板4、限位块5和凹模18依次由下 而上设置于凹模定位圈M内，凹模定位圈M固定于下模座1内，顶杆沈设置于顶杆套筒 25中固定在下模座1中，支撑着凹模下垫板调节板3，挤压坯料17为实施过程中的产品原 料。本实施例通过以下方式进行安装工作首先，将挤压坯料17放置在凹模18中。凹模18外周套有凹模定位圈M和凹模 盖板19，底部垫有凹模下垫板4和凹模垫板调整板3，配合滚珠轴承23可以实现周向旋转。 凹模盖板19与滚珠轴承23之间的间隙配合通过限位块5来保证，避免滚珠轴承23在成形 过程中被损坏。挤压坯料17在凹模18中的放置高度依靠顶件块20和顶杆沈加以控制。 如遇特殊情况，可采用顶件块20和顶杆沈将挤压坯料17取出。随后，固定在压机上工作台面的上模座10在压机滑块作用下向下运动，带动凸模 13向下运动。凸模13的外工作面带有螺旋齿形，如图2所示。其向下运动时，通过凸模座 16、凸模固定圈12、凸模定位圈11、凸模上垫板14以及止推轴承15的共同作用固定于上模 座10上。上模座10向下运动过程中，弹簧22在弹簧导杆21和卸料板6的共同作用下发 生压缩，卸料板6、卸料板镶块8与卸料杆螺钉2发生相对运动。当凸模13与放置在凹模18中的挤压坯料17发生接触时，整个挤压成形过程开始 进行，即凸模13继续向下移动，挤压坯料17在反挤压力作用下向上流动，同时作用于凸模 13工作带处螺旋齿形所产生的扭力带动凸模13和凹模18在止推轴承15和滚珠轴承23中 自动地产生旋转，直至成形出所需高度的内螺旋圆柱齿轮27，如图3所示。成形完成后，卸料板6在弹簧导杆21、弹簧22以及卸料杆螺钉2的共同作用下复 位。此模具的下模主工作区31结构复杂，安装过程要按照一定的次序进行，如图4所 示。首先将顶杆套筒25与顶杆沈组合为复合顶杆27，一同放置入下模座1内部，形成复合 下模座观。与此同时，将凹模下垫板调节板3和凹模下垫板4安装至凹模固定圈M内，形 成组合凹模附件四。随后顶件块20放入组合凹模附件四，并与复合下模座观组合起来， 形成复合凹模附件30。最后依次安装滚珠轴承23、凹模18、限位块5以及凹模盖板19，即 将下模主工作区31安装完毕。
权利要求
1.一种内螺旋圆柱齿轮旋转冷挤压模具，上模结构和下模结构，其特征在于上模结构包括凸模、凸模定位圈、凸模固定圈、凸模座、凸模上垫板、止推轴承和上模座，其中凸模定位圈、凸模固定圈、凸模由外而内依次套接，止推轴承设置于凸模定位圈内 并与凸模上端相连接，凸模定位圈和凸模上垫板分别固定于凸模座内，凸模座与上模座固 定连接；下模结构包括卸料板、凹模、凹模定位圈、凹模下垫板调节板、凹模下垫板、限位块、顶 杆套筒、顶杆和下模座，其中卸料板活动设置于下模座上方，凹模下垫板调节板、凹模下垫 板、限位块和凹模依次由下而上设置于凹模定位圈内，凹模定位圈固定于下模座内，顶杆设 置于顶杆套筒中固定在下模座中并与凹模下垫板调节板相接触。
2.根据权利要求1所述的内螺旋圆柱齿轮旋转冷挤压模具，其特征是，所述的凸模为 阶梯形直径由上至下逐渐减小的圆锥体。
3.根据权利要求1所述的内螺旋圆柱齿轮旋转冷挤压模具，其特征是，所述的凸模定 位圈与凸模采用间隙配合，凸模定位圈与凸模固定圈采用过盈配合，通过凸模旋转实现内 螺旋齿形件挤压旋转成形和旋转卸料。
4.根据权利要求1所述的内螺旋圆柱齿轮旋转冷挤压模具，其特征是，所述的凹模两 侧设有滚珠轴承，滚珠轴承与凹模之间采用过盈配合，滚珠轴承与凹模下垫板之间采用间 隙配合。
5.根据权利要求1所述的内螺旋圆柱齿轮旋转冷挤压模具，其特征是，所述的凹模与 凹模下垫板的中心开有通孔并设有顶件块，该顶件块为一台阶型圆柱体结构，其中心设有 与挤压坯料的预冲孔直径相同的通孔。
6.根据权利要求1所述的内螺旋圆柱齿轮旋转冷挤压模具，其特征是，所述的上模座、 卸料板与下模座之间垂直设置若干组导柱、导套、弹簧导杆以及卸料杆螺钉，以实现三者之 间的相对运动。
全文摘要
一种齿轮加工技术领域的内螺旋圆柱齿轮旋转冷挤压模具，包括上模结构和下模结构，上模结构包括上模结构包括凸模、凸模定位圈、凸模固定圈、凸模座、凸模上垫板、止推轴承和上模座；下模结构包括卸料板、凹模、凹模定位圈、凹模下垫板、限位块、顶杆套筒、顶杆和下模座。本发明改善现有机械切削方法以及滚齿方法存在的不足，便于生产操作，利于成本节约，同时可提高生产效率、材料利用率和产品精度。
文档编号B21C25/02GK102059267SQ20101055577
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者向华, 吴公明, 庄新村, 李宏烨, 赵震 申请人:上海交通大学