专利名称：减速起动机中起动齿轮的制作方法及其制作模具的制作方法
技术领域：
本发明属于机械技术领域，涉及一种减速起动机，特别是一种减速起动机中起动 齿轮的制作方法。本发明还涉及一种减速起动机中起动齿轮的制作模具，它也属于机械技 术领域。
背景技术：
减速起动机为在起动机的电枢轴与驱动齿轮之间装有齿轮减速器的起动机。它是 汽车启动系统中将蓄电池的电能转换成机械能，进而启动发动机运转。减速起动机的齿轮 减速器有外啮合式、内啮合式、行星齿轮式等三种不同形式。起动齿轮是减速起动机中重要 的一个零件之一。减速起动机起动齿轮包括一呈圆筒状采用金属材料制成的本体，本体外侧具有凸 肩和若干个周向均勻分布的直齿，本体内侧上具有凹肩和若干条周向均勻分布的螺旋齿。 目前，减速起动机起动齿轮是通过以下步骤进行制作的首先在略大于起动齿轮外径的棒 料上截取略大于起动齿轮长度的块料，然后在块料轴芯处钻一与起动齿轮内径相当的通 孔，最后采用齿轮加工机床加工出本体外侧的直齿和采用拉床拉出本体内侧的螺旋齿。采 用上述的制作方法生产起动齿轮存在着以下缺陷1、生产所需的棒料直径较大，即生产所 需原材料的要求较高，这必然提高了所需原材料的成本；2、棒料中部被切削成为废料，显然 存在着原材料利用率低，这也造成了资源的浪费；3、采用齿轮加工机床加工生产效率低，即 所需的生产成本较高；4、采用该方法加工出的起动齿轮还存在机械性能差、使用寿命低的 问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种提高生产效率和提高 起动齿轮性能的减速起动机中起动齿轮的制作方法。本发明还提出了一种用于成型起动齿轮半成品的减速起动机中起动齿轮的制作 模具。本发明的目的可通过下列技术方案来实现一种减速起动机中起动齿轮的制作方 法，其特征在于，它包括如下步骤A、下料按照需要尺寸在金属棒料上截取符合长度的块料，然后将块料装夹在钻 床上沿块料轴芯加工通孔，得到坯料；B、磷化、皂化处理将上述的坯料进行磷化处理，然后再进行皂化处理，使得毛坯 在冷挤压过程中起到减摩润滑的作用；C、冷挤压成型将经过磷化、皂化处理后的坯料装夹在模具上，通过模具冷挤压同 时在坯料的内侧加工出起动齿轮和在坯料的外侧加工出外齿轮，得到半成品；D、表面处理将半成品的端部除去毛边、飞刺，然后再进行热处理。本方法步骤B中坯料的表面将依次形成磷化膜和皂化膜。磷化膜为坯料提供保护
4及在冷挤压步骤中起减摩润滑的作用；皂化膜在冷挤压步骤中也起减摩润滑的作用；上述 的磷化膜还提高了皂化膜与坯料之间的粘附力。该坯料在冷挤压步骤中降低坯料与模具之 间的摩擦力，于是提高了模具的使用寿命。本起动齿轮制作采用的材料及其半成品具有形 状复杂的特点，采用冷挤压工艺是能够成型的。同时采用冷挤压方法生产具有节约材料，生 产效率高优点；得到的半成品具有尺寸准确和表面光洁、强度高、刚性好和重量轻的优点。在上述的减速起动机中起动齿轮的制作方法中，所述的步骤A中通过锯床将金属 棒料截断成若干段块料。在上述的减速起动机中起动齿轮的制作方法中，所述的步骤A后对坯料进行球化 退火调质，所述球化退火是将坯料加热到750°C 770°C，保温7. 8 8. 2小时，然后随炉缓 慢冷却后出炉。在上述的减速起动机中起动齿轮的制作方法中，所述的经过球化退火后的坯料再 进行表面处理，除去坯料表面的氧化皮。坯料经过球化退火后其表面会形成氧化皮，由于氧 化皮的硬度较高且会降低坯料的塑性和延伸性，同时在冷挤压步骤中氧化皮会损伤模具， 降低模具的使用寿命。本步骤中的表面处理方法可以为将坯料放置在抛丸机内进行抛丸加工。在上述的减速起动机中起动齿轮的制作方法中，所述的步骤C中模具设置在液压 机上，液压机对坯料施加15 20Mpa压力进行冷挤压。液压机是利用帕斯卡定律制成的利 用液体压强传动的机械，一般由本机、动力系统及液压控制系统三部分组成，于是采用液压 机具有推力稳定且推力大的优点，上述的液压机施加的压力优选数值为17 18Mpa。一种减速起动机中起动齿轮的制作模具，包括下模和上模，其特征在于，所述的下 模具有与起动齿轮外部结构和位置均一一对应的模腔，上模包括压杆和外压套组件，所述 的压杆的一端位于外压套组件内且压杆与外压套组件轴向固定，所述的压杆另一端部具有 与起动齿轮内侧螺旋齿结构和位置均一一对应的凹槽。利用本制作模具制作起动齿轮时坯料放置在下模的模腔内，压杆推动坯料向下移 动且挤压坯料的内壁，同时压杆能自动周向转动，进而使起动齿轮内侧结构和外侧结构同 步成型，于是本制作模具具有结构设计巧妙且合理的优点。利用本制作模具制作起动齿轮 具有生产效率高的优点。在上述的减速起动机中起动齿轮的制作模具中，所述的外压套组件包括套设在压 杆上的压套和能与液压机主轴相固连的模座，所述的压套固定在模座上；模座内设有环形 限位凹肩，所述的压杆的一端具有环形限位凸肩且该环形限位凸肩位于模座的环形限位凹 肩内，所述的环形限位凸肩的一端面抵压在环形限位凹肩的底面上，另一端面设有限位结 构。压杆与压套配合较为密切，于是压套能使压杆周向转动更为稳定。模座的作用在于连 接压杆和压套以及轴向固定压杆。在上述的减速起动机中起动齿轮的制作模具中，所述的外压套组件包括套设在压 杆上的压套和能与液压机主轴相固连的模座，压套和模座之间设有固定套，所述的固定套 固定在模座上，所述的压套固定在固定套上；模座内设有环形限位凹肩，所述的压杆的一端 具有环形限位凸肩且该环形限位凸肩位于模座的环形限位凹肩内，所述的环形限位凸肩的 一端面抵压在环形限位凹肩的底面上，另一端面设有限位结构。在冷挤压某些型号的起动 齿轮时压套上还具有凸体，由此压套需选用硬度较高的材料制作，设置固定套可降低压套的体积，即可降低生产模具所需的成本。在上述的减速起动机中起动齿轮的制作模具中，所述的限位结构包括位于模座的 环形限位凹肩内的压板，所述的压板通过螺纹连接在模座上且与环形限位凸肩相抵靠。在上述的减速起动机中起动齿轮的制作模具中，所述的限位结构包括位于模座的 环形限位凹肩内的压板和轴承，所述的压板通过螺纹连接在模座上，所述的轴承位于压板 和环形限位凸肩之间，所述的轴承的一端面抵靠在环形限位凸肩上，另一端面抵靠在压板 上。轴承有效的降低了压杆与压板之间的摩擦力，进而提高压杆周向转动稳定性和灵活性。在上述的减速起动机中起动齿轮的制作模具中，所述的下模内穿设有一根顶杆， 顶杆的轴芯与模腔的轴芯重合且顶杆的顶面能与模腔的底面重合。与现有技术相比，本减速起动机中起动齿轮的制作方法具有生产效率高，节约原 材料、生产成本低及能提高模具使用寿命的优点，采用本制作方法制作的起动齿轮具有尺 寸准确和表面光洁，强度高、刚性好和重量轻的优点。本减速起动机中起动齿轮的制作模具具有设计合理，性能稳定、使用方便及使用 寿命长的优点。
图1是本减速起动机中起动齿轮的主视结构示意图。图2是本减速起动机中起动齿轮的剖视结构示意图。图3是制作本减速起动机中起动齿轮所需块料的主视结构示意图。图4是制作本减速起动机中起动齿轮所需坯料的主视结构示意图。图5是本减速起动机中起动齿轮的制作模具实施例一的主视结构示意图。图6是本减速起动机中起动齿轮的制作模具实施例二的主视结构示意图。图中，1、本体；la、螺旋齿；lb、凹肩；lc、凸肩；Id、直齿；2、块料；3、坯料；3a、通 孔；4、液压机；41、主轴；42、工作台；5、下模；51、模腔；6、顶杆；7、上模；71、模座；711、环 形限位凹肩；72、压板；73、轴承；74、压杆；741、凹槽；742、环形限位凸肩；75、压套；751、凸 体；752、环形凸肩；76、固定套；761、环形凹肩。
具体实施例方式以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述， 但本发明并不限于这些实施例。实施例一如图1和图2所示，本减速起动机中起动齿轮包括一呈圆筒状的本体1，本体1外 侧具有凸肩Ic和若干个周向均勻分布的直齿ld，本体1内侧上具有凹肩Ib和若干条周向 均勻分布的螺旋齿la。本体1采用合金结构钢材料制成，合金结构钢为20CrMo或20Cr。本减速起动机中起动齿轮的制作方法中主要包括下料、冷挤压和表面处理步骤。 具体来说，根据上述制作起动齿轮所采用的材料确定在冷挤压步骤中应应控制断面收缩率 为81 % 88 %，该断面收缩率优选数值为84 % 85 %。选用采用制作起动齿轮所需材料制成的棒料，棒料的直径与起动齿轮本体1的外 径直径相近。将棒料装夹在锯床上按照略小于起动齿轮本体1的长度截取得到块料2，如图3所示。将块料2装夹在钻床上通过沿块料2轴心加工出通孔3a，得到体积略大于本体 1的体积的坯料3，如图4所示，通过控制通孔3a的直径可实现调整坯料3的体积。将坯料3放置在退火炉内进行球化退火加工，其将坯料3加热到750°C 770。C， 保温7. 8 8. 2小时，该时间优选为8小时；然后随炉缓慢冷却后出炉。坯料3经过球化退 火后降低了硬度，提高金属的塑性和延伸性，使金属达到设计时金属应达到的断面收缩率， 进而提高在冷挤压步骤中所得到产品的质量。坯料3经过球化退火后其表面会形成氧化皮，由于氧化皮的硬度较高且会降低坯 料3的塑性和延伸性，同时在冷挤压步骤中氧化皮会损伤模具，降低模具的使用寿命。于是 将坯料3放置在抛丸机内进行抛丸加工，其目的在于除去坯料3表面的氧化皮。将表面处理后的坯料3放入反应池内，依次进行磷化和皂化加工，坯料3的表面依 次形成磷化膜和皂化膜。磷化膜为坯料3提供保护及在冷挤压步骤中起减摩润滑的作用； 皂化膜在冷挤压步骤中也起减摩润滑的作用；上述的磷化膜还提高了皂化膜与坯料3之间 的粘附力。该坯料3在冷挤压步骤中降低坯料3与模具之间的摩擦力，于是提高了模具的 使用寿命。如图5所示，选取适合用于制作本起动齿轮的模具，本模具包括下模5和上模7。 下模5具有与起动齿轮外部结构和位置均一一对应的模腔51，下模5固定在液压机4的工 作台42上。下模5内穿设有一根顶杆6，顶杆6的轴芯与模腔51的轴芯重合且顶杆6的顶 面能与模腔51的底面重合。上模7包括模座71、压杆74、压套75和固定套76。更具体来 说，压套75套设在压杆74的中部且压杆74和压套75均与模腔51正对。压杆74的下端 部外壁上具有与起动齿轮内侧螺旋齿Ia结构和位置均一一对应的凹槽741，压套75的下 端面上具有与起动齿轮内侧凹肩Ib结构和位置均一一对应的凸体751。模座71与液压机 4的主轴41相固连，固定套76套设在压套75上且固定套76固定在模座71上。固定套76 的上端面具有环形凹肩761，压套75上具有环形凸肩752，环形凸肩752的端面抵靠在环形 凹肩761的底面上，压套75的上端面抵靠在模座71上，于是压套75被固定。模座71上具 有环形限位凹肩711，压杆74的上端穿入模座71内，压杆74的上端部具有环形限位凸肩 742，环形限位凸肩742的下端面抵靠在环形限位凹肩711的底面上，环形限位凸肩742的 上侧依次设有轴承73和压板72，压板72通过螺纹连接在模座71上，轴承73的两端面分 别抵靠在压板72和环形限位凸肩742上。于是压杆74被轴向固定，但能周向转动；显然压 杆74是沿着压套75内壁移动的，上述的轴承73是为了提高压杆74周向转动的稳定性和 灵活性。将经过磷化、皂化处理后的坯料3装夹在下模5的模腔51内，由于棒料的直径与 起动齿轮本体1的外径直径相近，于是坯料3放置在模腔51内后即被固定且同时可保证坯 料3的轴芯与模腔51的轴芯基本重合。操纵液压机4并控制液压机4施加的压力为15 20Mpa，该压力优选数值为17 ISMpa ；液压机4的主轴41带动上模7运动进而推动坯料 3移动并挤压坯料3内侧，同时压杆74被迫周向转动，控制液压机4主轴41进给合适的量 进而使坯料3的内侧加工出螺旋齿Ia与凹肩Ib和在坯料3的外侧加工出直齿Id与凸肩 lc，得到半成品。接着操纵液压机4使主轴41向上移动进而带动上模7同步移动，同时压 杆74被迫周向反向转动逐渐脱离半成品，待压杆74完全脱离后推动顶杆6移动进而使半 成品脱离上模7。本起动齿轮制作采用的材料及其本体1具有形状复杂的特点，采用冷挤压方法生产具有节约材料，生产效率高优点。同时得到的半成品具有尺寸准确和表面光洁，一 般无需再加工，高精度的起动齿轮可再进行精加工；强度高、刚性好和重量轻的优点。将半成品装夹在机床上除去毛边、飞刺，若半成品的长度不符合要求，此时可将半 成品加工至所需的长度。然后将经过除去毛边、飞刺的半成品放置在热处理炉内依次进行 渗碳、淬火和回火加工，得到成品。渗碳使起动齿轮表面获得很高的硬度，提高工件耐磨性。 淬火提高起动齿轮的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等性能。回火消除起动齿轮冷 挤压及淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到 使用性能要求；稳定组织与尺寸，保证精度；改善和提高加工性能。实施例二如图6所示，本实施例同实施例一的结构及原理基本相同，不一样的地方在于压 杆74的另一端直接与压板72相抵靠。压套75直接固定在模座71上。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领 域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替 代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。尽管本文较多地使用了本体1 ；螺旋齿Ia ；凹肩Ib ；凸肩Ic ；直齿Id ；块料2 ；坯料 3 ；通孔3a ；液压机4 ；主轴41 ；工作台42 ；下模5 ；模腔51 ；顶杆6 ；上模7 ；模座71 ；环形限 位凹肩711 ；压板72 ；轴承73 ；压杆74 ；凹槽741 ；环形限位凸肩742 ；压套75 ；凸体751 ；环 形凸肩752 ；固定套76 ；环形凹肩761等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这 些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制 都是与本发明精神相违背的。
权利要求
1.一种减速起动机中起动齿轮的制作方法，其特征在于，它包括如下步骤A、下料按照需要尺寸在金属棒料上截取符合长度的块料O)，然后将块料(2)装夹在 钻床上沿块料(2)轴芯加工通孔(3a)，得到坯料(3)；B、磷化、皂化处理将上述的坯料C3)进行磷化处理，然后再进行皂化处理，使得毛坯 在冷挤压过程中起到减摩润滑的作用；C、冷挤压成型将经过磷化、皂化处理后的坯料C3)装夹在模具上，通过模具冷挤压同 时在坯料(3)的内侧加工出起动齿轮和在坯料(3)的外侧加工出外齿轮，得到半成品；D、表面处理将半成品的端部除去毛边、飞刺，然后再进行热处理。
2.根据权利要求1所述的减速起动机中起动齿轮的制作方法，其特征在于，所述的步 骤A后对坯料C3)进行球化退火调质，所述球化退火是将坯料C3)加热到750V 770°C， 保温7. 8 8. 2小时，然后随炉缓慢冷却后出炉。
3.根据权利要求2所述的减速起动机中起动齿轮的制作方法，其特征在于，所述的经 过球化退火后的坯料C3)再进行表面处理，除去坯料C3)表面的氧化皮。
4.根据权利要求1或2或3所述的减速起动机中起动齿轮的制作方法，其特征在于，所 述的步骤C中模具设置在液压机(4)上，液压机(4)对坯料C3)施加15 20Mpa压力进行 冷挤压。
5 一种减速起动机中起动齿轮的制作模具，包括下模( 和上模(7)，其特征在于，所 述的下模( 具有与起动齿轮外部结构和位置均一一对应的模腔(51)，上模(7)包括压杆 (74)和外压套组件，所述的压杆(74)的一端位于外压套组件内且压杆(74)与外压套组件 轴向固定，所述的压杆(74)另一端部具有与起动齿轮内侧螺旋齿(Ia)结构和位置均一一 对应的凹槽(741)。
6.根据权利要求5所述的减速起动机中起动齿轮的制作模具，其特征在于，所述的外 压套组件包括套设在压杆(74)上的压套(7 和能与液压机(4)主轴相固连的模座 (71)，所述的压套(75)固定在模座(71)上；模座(71)内设有环形限位凹肩(711)，所述的 压杆(74)的一端具有环形限位凸肩(74 且该环形限位凸肩(74 位于模座(71)的环形 限位凹肩(711)内，所述的环形限位凸肩(742)的一端面抵压在环形限位凹肩(711)的底 面上，另一端面设有限位结构。
7.根据权利要求5所述的减速起动机中起动齿轮的制作模具，其特征在于，所述的外 压套组件包括套设在压杆(74)上的压套(7 和能与液压机(4)主轴相固连的模座 (71)，压套(75)和模座(71)之间设有固定套(76)，所述的固定套(76)固定在模座(71) 上，所述的压套(75)固定在固定套(76)上；模座(71)内设有环形限位凹肩(711)，所述的 压杆(74)的一端具有环形限位凸肩(74 且该环形限位凸肩(74 位于模座(71)的环形 限位凹肩(711)内，所述的环形限位凸肩(742)的一端面抵压在环形限位凹肩(711)的底 面上，另一端面设有限位结构。
8 根据权利要求6或7所述的减速起动机中起动齿轮的制作模具，其特征在于，所述的 限位结构包括位于模座(71)的环形限位凹肩(711)内的压板(72)，所述的压板(72)通过 螺纹连接在模座(71)上且与环形限位凸肩(74 相抵靠。
9.根据权利要求6或7所述的减速起动机中起动齿轮的制作模具，其特征在于，所述 的限位结构包括位于模座(71)的环形限位凹肩(711)内的压板(72)和轴承(73)，所述的压板(7 通过螺纹连接在模座(71)上，所述的轴承(7 位于压板(7 和环形限位凸肩 (742)之间，所述的轴承(7 的一端面抵靠在环形限位凸肩(74 上，另一端面抵靠在压板 (72)上。
10.根据权利要求5或6或7所述的减速起动机中起动齿轮的制作模具，其特征在于， 所述的下模( 内穿设有一根顶杆(6)，顶杆(6)的轴芯与模腔(51)的轴芯重合且顶杆(6) 的顶面能与模腔(51)的底面重合。
全文摘要
本发明提供了一种减速起动机中起动齿轮的制作方法，属于机械技术领域。本发明还提供了一种减速起动机中起动齿轮的制作模具，也属于机械技术领域。它解决了现有的起动齿轮对原材料要求较高、利用率低和生产成本低的问题。本减速起动机中起动齿轮的制作方法，包括如下步骤下料；磷化、皂化处理；冷挤压成型；表面处理。本减速起动机中起动齿轮的制作模具，包括下模和上模，下模具有与起动齿轮外部结构和位置均一一对应的模腔，上模包括压杆和外压套组件，压杆的一端位于外压套组件内且压杆与外压套组件轴向固定，压杆另一端部具有凹槽。本制作方法具有节约原材料、生产成本低的优点。本制作模具具有性能稳定、使用方便及使用寿命长的优点。
文档编号B21C23/02GK102107228SQ20101058217
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者吴树建 申请人:玉环普天单向器有限公司