一种螺旋齿轮齿形的成形模具及其成形方法与流程

本发明涉及冷挤压技术领域，特别是涉及一种螺旋齿轮齿形的成形模具及其成形方法。

背景技术：

冷挤压是把金属毛坯放在冷挤压模腔(一般为凹模)中，在室温下，通过压力机上固定的凸模向毛坯施加压力，使金属毛坯产生塑性变形而制得零件的加工方法。冷挤压是无切屑、少切屑零件加工工艺之一，是金属塑性加工中的一种先进工艺方法。螺旋锥齿轮是机械中的重要零件。此类零件形状复杂，一直采用铣削加工方法进行生产，这种传统加工方法工序多，生产效率低，材料损耗大，成本较高，难以满足大批量生产的需要。冷挤压技术具有生产效率高，材料消耗低，产品机械性能高等优点。将其应用于螺旋锥齿轮的生产不仅可以极大地降低生产成本，还能提高零件的机械性能，得到较高尺寸精度和较小表面粗糙度的高品质产品。当螺旋锥齿轮的分锥角大于45°时，冷挤压齿形成形后顶出时只需要将挤压件从下往上顶即可。但当螺旋锥齿轮的分锥角小于45°时，冷挤压齿形成形后从凹模中顶出时必须将挤压件一边从下往上顶一边按齿轮螺旋角转动，才能使挤压件从凹模中完好脱模。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种工艺简单、成形效果好、取件方便的螺旋齿轮齿形的成形模具及其成形方法，使得现有技术中存在的工艺复杂、成形效果差以及取件困难的问题得以解决。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种螺旋齿轮齿形的成形模具，包括液压机构、上模机构和下模机构，所述液压机构包括上工作台、下工作台和设置在所述上工作台上方的第一动力装置，所述上模机构包括上模座、上模具和压杆机构，所述上模座与所述上工作台相连接，所述上模具设置在所述上模座内，所述上模具的中心设置有第一通孔，所述压杆机构包括相连接的压杆和第二动力装置，所述压杆贯穿所述第一通孔，所述第二动力装置设置在所述上模座内，所述下模机构包括下模座、下模具和顶杆机构，所述下模座与所述下工作台相连接，所述下模具设置在所述下模座内，所述下模具的中心设置有容纳腔，所述容纳腔用于放置待成型工件，所述容纳腔的内壁上设置有螺旋齿槽，所述容纳腔的底部中心设置有第二通孔，所述顶杆机构包括相连接的顶杆和第三动力装置，所述顶杆贯穿所述第二通孔，所述第三动力装置设置在所述下模座内。

优选的，所述第一动力装置、所述第二动力装置和所述第三动力装置均为液压机构，所述第一动力装置为立式四柱两缸液压机，所述第二动力装置和所述第三动力装置均为单柱液压气缸。

优选的，所述待成型工件上表面和下表面上分别设置有上阶梯孔和下阶梯孔，所述上阶梯孔和所述下阶梯孔之间不连通，所述上阶梯孔的底部阶梯面与所述压杆接触连接，所述下阶梯孔的底部阶梯面与所述顶杆接触连接。

优选的，所述顶杆上设置顶起凸块，所述顶起凸块与所述下阶梯孔的上部阶梯面接触连接，所述压杆上设置增压凸块，所述增压凸块与所述上阶梯孔的上部阶梯面接触连接。

优选的，所述顶起凸块的厚度不小于所述下阶梯孔的上部阶梯面与所述下表面之间的垂直距离，所述增压凸块的厚度不小于所述上阶梯孔的上部阶梯面与所述上表面之间的垂直距离。

优选的，所述第一通孔的直径不大于所述上阶梯孔的上部阶梯面直径，所述第二通孔的直径不大于所述下阶梯孔的上部底面直径，所述第二通孔的所述第一通孔和所述第二通孔的中心轴线重合。

本发明中还提供一种应用上述成形模具的螺旋齿轮齿形的成形方法，包括如下步骤：

将坯料加热到1100-1200℃，将加热后的坯料放到压力机下镦粗，形成圆饼状镦粗件，将镦粗件放入预锻模具上进行预锻，形成形状与产品外形接近的预锻件，将预锻件放到冲孔模具上进行冲孔，形成上表面和下表面上分别设置有上阶梯孔和下阶梯孔的待成型工件；

将所述待成型工件放入下模具的容纳腔，启动第一动力装置，所述第一动力装置控制上工作台向下运动，同时上模机构随着所述上工作台一起向下运动，所述上模机构中的上模具与所述待成型工件的上表面相接触，同时启动第二动力装置和第三动力装置，所述第二动力装置和所述第三动力装置分别控制压杆和顶杆运动，所述压杆和所述顶杆分别与所述上阶梯孔和下阶梯孔的底部阶梯面接触连接；

所述第一动力装置控制所述上工作台和所述上模机构继续向下运动，所述上模机构中所述上模具挤压所述待成型工件，形成螺旋齿轮齿形工作完成。

优选的，当形成螺旋齿轮齿形工作完成后，所述第三动力装置控制所述顶杆继续运动，所述顶杆上的顶起凸块将形成螺旋齿轮齿形的工件顶出。

本发明相对于现有技术取得了以下有益效果：

1、本发明提供的螺旋齿轮齿形的成形模具及其成形方法中采用将螺旋齿槽设置在下模具中的方式，使得待成型工件在冷压成形过程中直接形成齿形，且形成齿形中多余的金属料向待成型工件的中部移动(由于下模具的容纳腔将待成型工件完成包裹，使得工件周向受力均匀)，避免了现有技术中将螺旋齿槽设置在上模具中导致多余金属料向工件一端面聚集的问题，提高了成形效果，且冷压成型也减少了工艺步骤，使得工艺简单；而且采用在待成型工件上表面和下表面上分别设置有上阶梯孔和下阶梯孔，且设置有与上阶梯孔和下阶梯孔相接触的顶杆和压杆的方式，使得形成齿形后多余的金属料更容易向待成型工件的中部移动，避免了现有冷压成型中待成型工件为中心实体导致多余金属料向工件一端面聚集的问题，同时顶杆和压杆与上阶梯孔和下阶梯孔相接触，也使得成形过程中挤压形成的流动金属料均匀的分布在工件内部，避免了流动金属料分布不均匀以及流出工件本体的问题。

2、本发明提供的螺旋齿轮齿形的成形模具及其成形方法中采用在顶杆上设置顶起凸块，顶起凸块与下阶梯孔的上部阶梯面接触连接，且顶杆与第三动力装置相连接的方式，使得工件成形后，可以被顶出，避免齿轮锥度较小导致工件不易取出以及取出易导致工件损坏的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明螺旋齿轮齿形的成形模具的整体结构示意图；

图2为本发明螺旋齿轮齿形的成形模具中压杆机构的连接结构示意图；

图3为本发明螺旋齿轮齿形的成形模具中顶杆机构的连接结构示意图；

图4为本发明螺旋齿轮齿形的成形模具中待成型工件的剖面结构示意图；

其中，1-上工作台、2-下工作台、3-第一动力装置、4-上模座、5-上模具、6-压杆、7-第二动力装置、8-下模座、9-下模具、10-顶杆、11-第三动力装置、12-待成型工件、13-上阶梯孔、14-下阶梯孔、15-底部阶梯面、16-上部阶梯面、17-顶起凸块、18-增压凸块、19-上表面、20-下表面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种工艺简单、成形效果好、取件方便的螺旋齿轮齿形的成形模具及其成形方法，使得现有技术中存在的工艺复杂、成形效果差以及取件困难的问题得以解决。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-4所示，本发明提供一种螺旋齿轮齿形的成形模具，包括液压机构、上模机构和下模机构，液压机构包括上工作台1、下工作台2和设置在上工作台1上方的第一动力装置3，上模机构包括上模座4、上模具5和压杆6机构，上模座4与上工作台1相连接，上模具5设置在上模座4内，上模具5的中心设置有第一通孔，压杆6机构包括相连接的压杆6和第二动力装置7，压杆6贯穿第一通孔，第二动力装置7设置在上模座4内，下模机构包括下模座8、下模具9和顶杆10机构，下模座8与下工作台2相连接，下模具9设置在下模座8内，下模具9的中心设置有容纳腔，容纳腔用于放置待成型工件12，容纳腔的内壁上设置有螺旋齿槽，容纳腔的底部中心设置有第二通孔，顶杆10机构包括相连接的顶杆10和第三动力装置11，顶杆10贯穿第二通孔，第三动力装置11设置在下模座8内。

在进行齿形成形工作时，首先，将模具处于开模状态，即使得上工作台1、上模机构向上运动一定的安全距离，下工作台2、下模机构保持不动，其中，上工作台1相对于下工作台2的运动，可以是在上工作台1和下工作台2之间设置导向柱，也可以是将上工作台1与一导轨副相连接，上工作台1沿着导轨进行上下运动；其次，将待成型工件12放置在下模具9的容纳腔中，随后控制上工作台1、上模机构向下运动，使得上模机构和下模机构合在一起，形成闭模状态，此时，上模机构中的上模具5、压杆6以及下模机构中的顶杆10均与待成型工件12相接触，并且上模具5挤压待成型工件12，使得金属料流动至下模具9容纳腔的螺旋齿槽内，随即待成型工件12形成齿形，完成齿形形成工作；由此可见，本发明中采用将螺旋齿槽设置在下模具9中的方式，使得待成型工件12在冷压成形过程中直接形成齿形，且形成齿形后多余的金属料向待成型工件12的中部移动(由于下模具9的容纳腔将待成型工件12完成包裹，使得工件周向受力均匀)，避免了现有技术中将螺旋齿槽设置在上模具5中导致多余金属料向工件一端面聚集的问题，提高了成形效果，且冷压成型也减少了工艺步骤，使得工艺简单。

本发明中第一动力装置3、第二动力装置7和第三动力装置11均为液压机构，第一动力装置3为立式四柱两缸液压机，第二动力装置7和第三动力装置11均为单柱液压气缸。

为了提高齿形形成效果，避免成形过程中发生余料堆积的问题，本发明中在待成型工件12上表面19和下表面20上分别设置有上阶梯孔13和下阶梯孔14，上阶梯孔13和下阶梯孔14之间不连通，上阶梯孔13的底部阶梯面15与压杆6接触连接，下阶梯孔14的底部阶梯面15与顶杆10接触连接，使得形成齿形后多余的金属料更容易向待成型工件12的中部移动，避免了现有冷压成型中待成型工件12为中心实体导致多余金属料向工件一端面聚集的问题，同时顶杆10和压杆6与上阶梯孔13和下阶梯孔14相接触，也使得成形过程中挤压形成的流动金属料均匀的分布在工件内部，避免了流动金属料分布不均匀以及流出工件本体的问题。

为了提高齿形成形效果，同时提高取件方便性，本发明中顶杆10上设置顶起凸块17，顶起凸块17与下阶梯孔14的上部阶梯面16接触连接，压杆6上设置增压凸块18，增压凸块18与上阶梯孔13的上部阶梯面16接触连接；即采用将下阶梯孔14和上阶梯孔13的上部阶梯面16分别与顶杆10上的顶起凸块17和压杆6上的增压凸块18相接触的方式，使得成形过程中挤压形成的流动金属料均匀的分布在工件内部，避免了流动金属料在下阶梯孔14和上阶梯孔13的上部阶梯面16聚集的问题；同时采用在顶杆10上设置顶起凸块17，顶起凸块17与下阶梯孔14的上部阶梯面16接触连接，且顶杆10与第三动力装置11相连接的方式，使得工件成形后，可以被顶出，避免齿轮锥度较小导致工件不易取出以及取出易导致工件损坏的问题。

同样的，为了避免了流动金属料在下阶梯孔14和上阶梯孔13的上部阶梯面16聚集的问题，本发明中顶起凸块17的厚度不小于下阶梯孔14的上部阶梯面16与下表面20之间的垂直距离，增压凸块18的厚度不小于上阶梯孔13的上部阶梯面16与上表面19之间的垂直距离，即通过保证顶起凸块17、增压凸块18与各自的上部阶梯面16充分接触，使得成形过程中挤压形成的流动金属料均匀的分布在工件内部。

本发明中第一通孔的直径不大于上阶梯孔13的上部阶梯面16直径，优选的，第一通孔的直径等于上阶梯孔13的上部阶梯面16直径，第二通孔的直径不大于下阶梯孔14的上部底面直径，优选的，第二通孔的直径等于下阶梯孔14的上部底面直径，为了保证挤压力的均匀分布以及成形效果，第二通孔的第一通孔和第二通孔的中心轴线重合。

还提供一种应用上述成形模具的螺旋齿轮齿形的成形方法，包括如下步骤：

将坯料加热到1100-1200℃，将加热后的坯料放到压力机下镦粗，形成圆饼状镦粗件，将镦粗件放入预锻模具上进行预锻，形成形状与产品外形接近的预锻件，将预锻件放到冲孔模具上进行冲孔，形成上表面19和下表面20上分别设置有上阶梯孔13和下阶梯孔14的待成型工件12；

将待成型工件12放入下模具9的容纳腔，启动第一动力装置3，第一动力装置3控制上工作台1向下运动，同时上模机构随着上工作台1一起向下运动，上模机构中的上模具5与待成型工件12的上表面19相接触，同时启动第二动力装置7和第三动力装置11，第二动力装置7和第三动力装置11分别控制压杆6和顶杆10运动，压杆6和顶杆10分别与上阶梯孔13和下阶梯孔14的底部阶梯面15接触连接；

第一动力装置3控制上工作台1和上模机构继续向下运动，上模机构中上模具5挤压待成型工件12，形成螺旋齿轮齿形工作完成。

其中，螺旋齿轮齿形工作完成后，在通过机床加工上阶梯孔13和下阶梯孔14，使得工件的内孔符合相关要求。

本发明中当形成螺旋齿轮齿形工作完成后，第三动力装置11控制顶杆10继续运动，顶杆10上的顶起凸块17将形成螺旋齿轮齿形的工件顶出。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。