本发明涉及齿轮加工领域，尤其涉及齿轮挤压成型领域。
背景技术：
齿轮是一种典型的传动零件，是各类机械设备中不可缺少的零件，传统的齿轮生产方法主要包括切削加工和塑性成形加工两大类，但现有的工业生产仍然以切削加工为主。这种去除多余金属材料的“减材”齿轮加工方法存在很多缺点，如加工工序复杂、需要的设备数量多、材料利用率低；且由于金属纤维在切削加工过程中被切断，使得生产出的齿轮的可靠性及耐用性大打折扣，严重影响了产品的性能。
后来出现了齿轮冷挤压法，克服了上述的缺点。冷挤压就是把金属毛坯放在冷挤压模腔中，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。挤压时会迫使毛坯产生塑性变形，冷挤压是无切屑或少切屑零件加工工艺之一。
如公告号为cn206936039u的专利，公开了一种齿轮冷挤压模具，包括上模座和下模座，上模座底部设有可拆卸的上压头，下模座中心处设有通孔，下模座上设有分体式结构的下凹模，该下凹模包括左凹模和右凹模，下模座上设有若干圈环形设置的定位孔，左凹模和右凹模通过定位销固定于下模座上，左凹模和右凹模配合形成上空腔、中空腔和下空腔，上空腔为倒锥形，其内设有导向套，该导向套为倒锥形且中心处设有通孔，中空腔内设有齿模，下空腔内插入有可上下移动的下压头和顶杆，该下压头穿过下模座伸出端连接有可拆卸的推块，所述下凹模、下压头和上压头为同一中心轴线。加工齿轮时，将毛坯放置在导向套中，使上模座和上压头向下运动，上压头将毛坯向下压入齿模中，使毛坯成型，然后使顶杆向上滑动，将齿轮从齿模中推出。
但是实际加工过程中，上压头将毛坯向下推入齿模中后，毛坯发生塑性形变，成型的齿轮侧壁与齿模以及下凹模接触，在顶杆向上推动齿轮时，齿轮相对于齿模和下凹模向上滑动，齿轮侧壁容易磨损。且顶杆大力推出齿轮时，在顶杆对齿轮的推力作用下，齿轮与顶杆的接触处容易变形。其次，在挤压过程中，齿轮表面仍会出现少量尖刺，在齿轮相对于齿模和下凹模滑动过程中，尖刺容易折断，掉落在齿轮与齿模或者与下凹模之间，并在齿轮相对于齿模和下凹模滑动过程中在齿轮表面形成划痕。磨损、变形和划痕都会不利于齿轮的销售。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种减少齿轮损伤的齿轮挤压成型装置。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：齿轮挤压成型装置，包括机架、上模机构和位于上模机构下方的下模机构，所述上模机构包括固定在机架上的下滑液压缸、固定在下滑液压缸的推杆上的上模座、均固定在上模座上的挤压液压缸、充气气缸和与上模座滑动连接并可被上模座向上带动的限位圈，所述挤压液压缸的推杆上固定有冲头，所述限位圈与冲头同轴，且限位圈可推动充气气缸的活塞滑动；所述下模机构包括圆柱形的下模、固定在机架上的固定气缸和若干齿模，所述下模包括若干与机架滑动连接的弧形块，所述固定气缸与充气气缸连通，且固定气缸的活塞杆与弧形块固定，所述弧形块远离固定气缸一侧设有齿模槽，所述齿模与齿模槽可拆卸连接，所述限位圈上设有可供固定气缸的活塞杆通过的通过槽。
本方案的原理如下：
上模座向下移动时，限位圈和冲头均向下靠近下模机构。初始时，相邻弧形块之间的距离较大，限位圈底部与弧形块顶部接触后，限位圈无法继续向下移动，所以当上模座继续向下移动时，充气气缸随着上模座向下移动，限位圈相对于充气气缸向上移动，限位圈推动充气气缸的活塞向充气气缸内滑动。充气气缸位于充气气缸的活塞上侧的空间减小、压力增大，充气气缸内的气体进入固定气缸内，使固定气缸内的压力增大，固定气缸的活塞向固定气缸外滑动，推动若干弧形块向远离固定气缸一侧滑动，相邻弧形块之间的距离减小，最后若干弧形块可以组成圆柱状的下模，若干弧形块之间形成挤压腔。
弧形块滑动并组成下模的过程中，相邻弧形块之间的距离减小，当弧形块组成下模时，弧形块不再对限位圈起到阻挡作用，限位圈相对于弧形块向下滑至弧形块外周，当冲头挤压毛坯时，毛坯发生形变，向外推动弧形块，由于限位圈位于弧形块外周，所以限位圈对弧形块的反向滑动起到限制作用。
当上模座向上滑动时，限位圈先相对于上模座滑动，在此时限位圈仍位于弧形块外周，停止推动充气气缸。随后限位圈随着上模座向上滑动，滑至弧形块上方后限位圈不再对弧形块起到限位作用，人工推动弧形块可以使固定气缸的活塞向固定气缸内滑动，从而使弧形块向远离齿轮一侧滑动，弧形块与齿轮分离。
本方案的有益效果如下：
(一)挤压完毕后，限位圈会向上移动，推动固定气缸的活塞可以使弧形块向远离齿轮一侧滑动，即此时弧形块相对于齿轮沿水平方向滑动，齿轮与弧形块之间不会产生摩擦，有效避免齿轮被磨损。其次，若干弧形块均远离齿轮后不再限制齿轮沿水平方向移动，而冲头又随着上模座向上远离齿轮，故齿轮也可以沿竖直方向移动，取出齿轮时不需要推杆，可以避免推杆推出齿轮而使齿轮变形，故可以有效避免齿轮在取出过程中发生变形和磨损，不会对齿轮的销售产生不利影响。
(二)在冲头向下挤压毛坯时，毛坯会沿横向发生变形，毛坯会沿横向推动弧形块；上模座向下滑动过程中，限位圈会滑动至弧形块组成的下模外周，避免弧形块在毛坯的压力作用下向远离毛坯的一侧滑动，从而避免相邻弧形块之间出现缝隙，保证最后挤压成型的齿轮仍为圆柱形，减少后续打磨所需要的时间，提高齿轮的生产效率。
优选方案一，作为对基础方案的进一步改进，下模机构下方设有定位机构，所述定位机构包括固定在机架上的定位液压缸、固定在定位液压缸的推杆上的定位座、均固定在定位座上的行星架、步进电机、均与行星架转动连接的齿圈、太阳轮和若干行星轮，所述步进电机驱动太阳轮转动，所述弧形块和机架上分别设有可对齐的第一螺纹孔和第二螺纹孔，所述行星轮上沿竖直方向同轴固定有可旋入第二螺纹孔和第一螺纹孔内的螺纹杆。
由于太阳轮、行星轮、行星架和齿圈构成行星轮系结构，当步进电机驱动太阳轮转动时，行星轮随之转动，固定在行星轮上的螺纹杆转动。而当第一螺纹孔与第二螺纹孔对齐，且定位座向上滑动时，螺纹杆向上靠近第二螺纹孔，依次旋入第二螺纹孔和第一螺纹孔中，弧形块无法相对于机架滑动，避免冲头挤压毛坯时，弧形块在毛坯的压力作用下向远离毛坯一侧滑动，避免相邻弧形块之间出现缝隙，从而避免成型的齿轮上形成凸起，减少后续打磨凸起所需要的时间，进一步提高齿轮的生产效率。
优选方案二，作为对基础方案的进一步改进，弧形块和上模座之间设有支撑机构，所述支撑机构包括均固定在机架上的支撑气缸、进料筒以及与进料筒顶部铰接的若干支撑片，所述进料筒内壁设有可容纳支撑片的容纳槽；所述支撑气缸的活塞杆贯穿进料筒，并与支撑片下部相抵，所述支撑气缸的活塞杆可穿过通过槽，所述支撑气缸内设有两端分别固定在支撑气缸内壁和支撑气缸活塞上的复位弹簧。
支撑气缸的活塞杆在复位弹簧的作用下滑出支撑气缸，推动支撑片下部转动，使支撑片倾斜。上模座向下滑动前即可将毛坯放在支撑片上，由于支撑片倾斜，若干支撑片可以形成类似漏斗的结构，毛坯受到支撑片下部的支撑作用。当上模座向下移动时，限位圈经过若干支撑片形成的漏斗结构外周落到弧形块上；当冲头向下移动时可以推动毛坯向下滑动，先越过支撑片，使支撑片转动至下部进入容纳槽内的状态，然后经过进料筒进入下模内。
当冲头向上远离支撑片后，支撑片会再次转动，此时就可以放入另一待挤压的毛坯，所以放入毛坯与将上一挤压成型的齿轮取出可以同时进行，提高生产效率。
优选方案三，作为对优选方案二的进一步改进，充气气缸、支撑气缸和固定气缸内均储有液压油。与气体相比，在受到相同大小的压力作用时，液压油更不容易被压缩，由于充气气缸与固定气缸连通，推动充气气缸或者固定气缸的活塞时，可以立即使与之相连的另一气缸的活塞滑动，减小误差。
优选方案四，作为对优选方案一或三的进一步改进，限位圈顶部焊接有贯穿上模座并与上模座滑动连接的导杆，所述导杆上端可与充气气缸的活塞相抵。限位圈相对于上模座上下滑动时，限位圈不会相对于上模座转动，使通过槽一直位于固定气缸的活塞杆上方，保证固定气缸的活塞杆能够穿过通过槽，以及限位圈能滑动至弧形块外周。
优选方案五，作为对优选方案四的进一步改进，导杆外周设有两端分别固定在充气气缸的活塞和限位圈上的缓冲弹簧。限位圈相对于上模座向上滑动后，缓冲弹簧先与充气气缸的活塞相抵，使充气气缸的活塞开始向上滑动，然后导杆才与充气气缸的活塞相抵，避免导杆上端直接撞击在充气气缸的活塞上，使充气气缸的活塞变形或者导杆折断。
附图说明
图1为本发明齿轮挤压成型装置实施例1的结构示意图；
图2为图1中的a-a向视图；
图3为本发明齿轮挤压成型装置实施例2的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：进料筒1、容纳槽11、支撑片2、支撑气缸3、复位弹簧31、弧形块4、第一螺纹孔41、齿模槽42、齿模43、固定气缸5、机架6、导向槽61、导向块62、定位液压缸7、定位座71、太阳轮72、行星轮73、螺纹杆74、齿圈75、第二滑块76、下滑液压缸8、上模座81、挤压液压缸82、第一滑块83、充气气缸84、冲头85、限位圈9、通过槽91、导杆92、缓冲弹簧93。
齿轮挤压成型装置，如图1和图2所示，包括机架6、从上至下设置的上模机构、下模机构和定位机构，上模机构包括限位圈9、焊接在机架6上的下滑液压缸8、焊接在下滑液压缸8的推杆上的上模座81、均焊接在上模座81上的挤压液压缸82和两个充气气缸84，机架6左右两侧均焊接有第一滑槽，上模座81左右两侧均焊接有卡入第一滑槽内的第一滑块83，两个充气气缸84沿挤压液压缸82的推杆对称。挤压液压缸82的推杆上焊接有冲头85，限位圈9位于上模座81下方，且限位圈9顶部焊接有两根导杆92，导杆92上端贯穿上模座81，且导杆92与上模座81间隙配合，所以导杆92可以相对于上模座81上下滑动，两根导杆92顶部分别位于两个充气气缸84的活塞的下侧，当导杆92相对于上模座81向上滑动后，导杆92推动充气气缸84的活塞向充气气缸84内滑动。导杆92外周设有缓冲弹簧93，缓冲弹簧93上下两端分别焊接在充气气缸84的活塞底部和限位圈9顶部。
下模机构包括圆柱形的下模、四个焊接在机架6上的固定气缸5和若干齿模43，下模包括四个弧形块4，四个弧形块4组成的下模内形成挤压腔，四个弧形块4组成下模且限位圈9向下滑动至下模外侧后，限位圈9内壁与弧形块4外壁相抵。机架6上设有四个导向槽61，每个弧形块4底部都焊接有一个卡入导向槽61内的导向块62，冲头85和挤压液压缸82的推杆同轴，四个固定块组合成下模时，下模也与冲头85同轴。固定气缸5通过管道与充气气缸84连通，且固定气缸5和充气气缸84内均储有液压油，固定气缸5的活塞杆焊接在弧形块4上。弧形块4远离固定气缸5的侧壁上设有两个齿模槽42，齿模43与齿模槽42过盈配合，所以齿模43可以从齿模槽42内拆卸下。限位圈9上沿周向均匀设有开口朝下的通过槽91，限位圈9相对于弧形块4向下滑动时，固定气缸5的活塞杆穿过通过槽91。
定位机构包括焊接在机架6上的定位液压缸7、焊接在定位液压缸7的推杆上的定位座71、焊接在定位座71顶部的行星架、与行星架转动连接的齿圈75、太阳轮72和四个行星轮73。机架6左右两侧均焊接有第二滑槽，定位座71左右两侧均焊接有卡入第二滑槽内的第二滑块76。其中太阳轮72、齿圈75、行星轮73和行星架构成行星轮系，步进电机通过螺栓固定在定位座71上，步进电机的输出轴上键连接有驱动齿轮，驱动齿轮啮合有与定位座71转动连接的转动齿轮，转动齿轮同时与太阳轮72啮合。每个弧形块4上都设有第一螺纹孔41，机架6上设有四个第二螺纹孔，每个第二螺纹孔均可与一个第一螺纹孔41对齐，行星轮73顶部同轴焊接有螺纹杆74，四个螺纹杆74分别位于四个第二螺纹孔下方，且螺纹杆74可旋入第二螺纹孔和第一螺纹孔41中。
本实施例的齿轮挤压成型装置加工齿轮步骤如下：
先人工打开下滑液压缸8，并使下滑液压缸8的推杆向下伸出，上模座81向下滑动，第一滑块83沿着第一滑槽向下滑动，限位圈9靠近弧形块4。限位圈9底部与弧形块4顶部相抵后，在下滑液压缸8继续向下滑动过程中，上模座81相对于限位圈9向下滑动，缓冲弹簧93逐渐被压缩，缓冲弹簧93先推动充气气缸84的活塞向上滑动，然后导杆92与充气气缸84的活塞相抵，并推动充气气缸84的活塞向上滑动。充气气缸84上部的空间减小、压力增大，充气气缸84内的液压油进入固定气缸5内，使固定气缸5内的压力增大，使固定气缸5的活塞向固定气缸5外滑动，并推动弧形块4滑动，逐渐组成下模。
弧形块4组成下模后，限位圈9在重力以及缓冲弹簧93恢复原形时的弹力作用下向下滑动，弧形块4朝向固定气缸5的侧壁与限位圈9的内壁相贴，固定气缸5的活塞杆卡入通过槽91内，再人工关闭下滑液压缸8。然后人工打开定位液压缸7，使定位液压缸7的推杆向上伸出，定位座71向上滑动，然后人工打开步进电机，并使步进电机正转，步进电机驱动行星轮73转动，螺纹杆74转动，随着定位座71向上滑动，螺纹杆74依次旋入第二螺纹孔和第一螺纹孔41内，弧形块4无法再相对于机架6滑动，再人工关闭步进电机和定位液压缸7。
从限位圈9上方人工将毛坯放入挤压腔内，再人工打开挤压液压缸82，并使挤压液压缸82的推杆向下伸出，冲头85向下伸入挤压腔内，将毛坯挤压成齿轮。在齿轮成型后人工关闭挤压液压缸82、打开定位液压缸7和步进电机，并使步进电机反转以及使定位液压缸7的推杆向下缩入定位液压缸7内，螺纹杆74离开第一螺纹孔41和第二螺纹孔。然后人工打开挤压液压缸82，并使挤压液压缸82的推杆向上缩入挤压液压缸82内，并人工打开下滑液压缸8，使下滑液压缸8的推杆向上缩入下滑液压缸8内。上模座81向上滑动，由于限位圈9位于弧形块4外周，弧形块4无法滑动，此时固定气缸5的活塞无法向固定气缸5内滑动、充气气缸84的活塞无法滑动，由于充气气缸84随着上模座81向上滑动，充气气缸84的活塞相对于限位圈9向上滑动，限位圈9在缓冲弹簧93的作用下随着上模座81向上滑动，同时充气气缸84的活塞相对于充气气缸84向下滑动一段距离，充气气缸84和固定气缸5内的压力减小。
当限位圈9底部滑动至弧形块4上方后，外界气压推动固定气缸5的活塞向固定气缸5内滑动，同时充气气缸84的活塞在自身以及限位圈9的重力作用下相对于充气气缸84向下滑动，固定气缸5内的液压油继续进入充气气缸84内，弧形块4不断向远离齿轮的一侧滑动，弧形块4与齿轮分离。当限位圈9向上远离弧形块4后，人工关闭下滑液压缸8和挤压液压缸82，并人工将齿轮取出。
实施例2
与实施例1不同之处在于，如图3所示，弧形块4和限位圈9之间还设有支撑机构，支撑机构包括均焊接在机架6上的进料筒1、八个支撑气缸3以及与进料筒1顶部铰接的八个支撑片2，进料筒1内壁设有可容纳支撑片2的容纳槽11。支撑气缸3的活塞杆贯穿进料筒1，并与支撑片2下部相抵，限位圈9向下滑动时，支撑气缸3的活塞杆卡入通过槽91内，支撑气缸3内设有两端分别焊接在支撑气缸3内壁和支撑气缸3的活塞上的复位弹簧31，支撑气缸3远离支撑片2的一端设有排气口。
本实施例的齿轮挤压成型装置加工齿轮时，八个支撑片2呈漏斗形分布，先人工将毛坯放置在支撑片2上，毛坯受到支撑片2下部的支撑作用，然后人工打开下滑液压缸8，后续的操作与实施例1的操作方法相同。挤压过程中，冲头85向下运动时先将毛坯向下推动，使毛坯越过支撑片2，再经过进料筒1落入挤压腔内。齿轮成型后，当限位圈9向上远离弧形块4后，人工取出齿轮的同时将毛坯放在支撑片2上。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本发明所省略描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。