專利名稱：直齒輪滾軋和擠壓組合精成形的裝置及工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬塑性加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種金屬滾軋和擠壓成形的裝置及工藝的改進(jìn)。
現(xiàn)有直齒輪的加工技術(shù)中的插齒、刨齒、銑齒、滾齒，冷、溫?cái)D壓等，都存在一些不足，插齒、刨齒、銑齒不但材料利用率低，而且把坯料的金屬纖維切斷，其機(jī)械性能差，滾齒加工的效率低，而且加工較為硬脆的材料的困難很大；冷、溫?cái)D壓不但需要很大噸位的壓力機(jī)，而且對(duì)模具材料硬度和耐磨性都有很高的要求。
這就需要根據(jù)金屬熱塑性成形的變形規(guī)律研制一種既能降低設(shè)備噸位、提高材料利用率和加工率，又能替代機(jī)械粗加工并保證機(jī)械性能的直齒輪塑性精成形的裝置與工藝，這種工藝再與機(jī)械加工的插齒、刨齒和銑齒相結(jié)合，是現(xiàn)代制造技術(shù)中加工齒輪的一個(gè)新的發(fā)展方向。
本發(fā)明為達(dá)到上述目的而提供的一種直齒輪滾軋和擠壓組合精成形的裝置及工藝。
本發(fā)明裝置如下該裝置有板式滾壓塑性精成形機(jī)(見專利號(hào)ZL 95109500.5)和液壓機(jī)上安裝的直齒輪熱滾壓制坯和熱擠壓精成形的裝置。
直齒輪熱滾軋制坯是在板式滾壓塑性精成形機(jī)上完成的。
滾軋的上、下模板為完全相同的反對(duì)稱型槽，上、下模板分別裝在上、下滑動(dòng)壓板上，上、下滑動(dòng)壓板分別與上、下壓輥相切接觸，上、下模板隨上、下壓板相對(duì)滑動(dòng)。
直齒輪熱擠壓精成形裝置是由上裝置和下裝置組成在上裝置中，導(dǎo)向套和壓板固定在上固定板上，導(dǎo)向柱和彈簧導(dǎo)柱固定在下固定板上，上凸模和芯桿導(dǎo)套由下固定板的下方裝入下固定板，上凸模桿是裝在上凸模和芯桿導(dǎo)套中，在上凸模芯桿與上凸模和芯桿導(dǎo)套之間設(shè)有空氣彈簧室，在空氣彈簧室中設(shè)有進(jìn)氣閥和排氣閥，而且進(jìn)氣閥與高壓氣源相通，當(dāng)空氣彈簧室的壓力低于所設(shè)定的最高壓力時(shí)，高壓氣源就通過進(jìn)氣閥供氣，當(dāng)空氣彈簧室的壓力高于所設(shè)定的最低壓力時(shí)，便通過排氣閥排氣，壓蓋用螺栓旋緊在上凸模和芯桿導(dǎo)套上，裝有導(dǎo)向套的上固定板可套入裝有導(dǎo)向柱的下固定板上，把上固定板裝在活動(dòng)橫梁的下方，把下固定板固定在機(jī)架上。
在下裝置中，工作臺(tái)的下方裝有下凸模導(dǎo)套，下固定板上裝有下凸模和芯桿導(dǎo)套，下固定板固定在機(jī)架上，在下凸模和芯桿導(dǎo)套上裝有彈簧，下固定板的下方可將芯桿插入下凸模和芯桿導(dǎo)套，并可使其與下頂出缸柱塞的上端面連接。
本發(fā)明工藝如下將加熱至鍛造溫度的圓棒料送至板式滾壓塑性精成形上下模板的上下模板的入口處，并保證圓棒料的中心線和上下壓輥的中心線在同一垂直平面內(nèi)，在上、下滑動(dòng)壓帶動(dòng)上下模板板相對(duì)滑動(dòng)過程中，圓柱棒料就被滾軋成精成形直齒輪擠壓用的齒輪坯，齒輪坯由上下模板的出口處落入傳送帶。
直齒輪熱擠壓精成形裝置先把模具預(yù)應(yīng)力套加熱后再將凹模壓入套中，然后將其裝在工作臺(tái)上并使上凸模和芯桿導(dǎo)套、下凸模和芯桿導(dǎo)套與凹模滑動(dòng)配合，然后便可固緊在工作臺(tái)上，把加熱至鍛造溫度的直齒輪坯置入凹模，開動(dòng)壓機(jī)，上凸模和芯桿導(dǎo)套壓入凹模，便對(duì)毛坯中間部分產(chǎn)生鐓粗變形，當(dāng)壓力增大到規(guī)定數(shù)值時(shí)，上凸模芯桿便克服了空氣彈簧室的彈性阻力向下移動(dòng)，壓入齒輪坯中心，使毛坯的齒形完全充填到凹模的模具型槽中，與此同時(shí)，下凸模因受到下固定板的限制，不能向下移動(dòng)而下凸模芯桿便在頂出缸的作用下由齒輪坯料的下面壓入齒輪坯的中心，使齒輪坯的齒形完全充填到凹模的型槽中，隨后在壓機(jī)的活動(dòng)橫梁向上移動(dòng)的同時(shí)，頂出缸便把熱擠壓精成形的齒輪頂出，完成了直齒輪的熱擠壓精成形。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1、滾軋制坯和擠壓成形的組合工藝需要的設(shè)備噸位小、材料利用率高，并可充分發(fā)揮材料塑性的潛在能力。
2、坯料對(duì)模具的充填性好，大大減少了機(jī)械加工的切削量提高了材料利用率、金屬纖維分布合理，機(jī)械性能高。
3、生產(chǎn)效率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
4、無沖擊、噪聲及其它的環(huán)境危害。
5、設(shè)備投資低，對(duì)工人技術(shù)要求低。


圖1.1是本發(fā)明板式滾壓塑性精成形機(jī)的主視圖；圖1.2是本發(fā)明板式滾壓塑性精成形機(jī)的側(cè)視圖；圖2.1和2.2是本發(fā)明板式滾壓塑性精成形機(jī)的滾軋的工裝與模具結(jié)構(gòu)圖2.3是本發(fā)明板式滾壓塑性精成形機(jī)的滾軋的工裝與模具結(jié)構(gòu)A-A剖視圖；圖2.4是本發(fā)明板式滾壓塑性精成形機(jī)的滾軋的工裝與模具結(jié)構(gòu)A-A剖視圖的B-B剖視圖；圖2.5是本發(fā)明板式滾壓塑性精成形機(jī)的滾軋模具模板型槽圖；圖3是本發(fā)明直齒輪熱擠壓液壓機(jī)和擠壓精成形裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖4.1是本發(fā)明直齒輪的精確幾何形狀和尺寸圖；圖4.2是本發(fā)明直齒輪的精確幾何形狀和尺寸和熱滾軋后直齒輪幾何形狀和尺寸圖；圖4.3是本發(fā)明考慮加工余量的熱擠壓精成形直齒輪的幾何形狀和尺寸圖；圖5.1是本發(fā)明的板式滾壓塑性精成形機(jī)經(jīng)第一道滾軋制出的直齒輪坯結(jié)構(gòu)圖；圖5.2是本發(fā)明的板式滾壓塑性精成形機(jī)經(jīng)第二道滾軋制出的直齒輪坯結(jié)構(gòu)圖；下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述其中1是上滑動(dòng)壓板、2是上模板、3是上壓輥、4是模板型腔、5是下模板、6是下滑動(dòng)壓板、7是下壓輥；8是液壓機(jī)基礎(chǔ)、9是頂出缸、10是機(jī)架、11是工作臺(tái)、12是活動(dòng)橫梁、13是上固定橫梁、14是工作主缸、15是平衡側(cè)缸、16是上裝置上固定板、17是導(dǎo)向套、18是導(dǎo)向柱、19是上裝置壓板、20是壓蓋、21是彈簧導(dǎo)柱、22是上凸模芯桿、23是空氣彈簧室、24是上裝置下固定板、25是上凸模和芯桿導(dǎo)套、26是擠壓凹模、27是擠壓凹模預(yù)應(yīng)力外套、28是直齒輪坯、29是下凸模和芯桿導(dǎo)套、30是下凸模芯桿、31是下凸模導(dǎo)套、32是下裝置固定板、33是彈簧、34是頂出缸柱塞。上、下模板分別裝在上、下滑動(dòng)壓板上，上、下滑動(dòng)壓板分別與上、下壓輥相切接觸，以增大上、下壓板的剛度，在滾軋過程中，上、下模板隨上、下壓板相對(duì)滑動(dòng)，于是置于型腔中的坯料便被滾軋成形。
在滾軋過程中，按照體積不變定律，適當(dāng)考慮氧化耗損量、切斷用量，根據(jù)直齒輪坯料的體積和分度圓的直徑及一次滾軋的直齒輪數(shù)，選擇圓棒料的直徑和長(zhǎng)度。
在直齒輪熱擠壓精成形的工藝過程中，當(dāng)擠壓壓力增大到一定數(shù)值時(shí)，上凸模芯桿便克服了空氣彈簧室的彈性阻力向下移動(dòng)(在空氣室內(nèi)設(shè)有壓力傳感器、進(jìn)氣閥和排氣閥，在工作過程中，由于溫度的上升，室內(nèi)的最大壓力可能超過設(shè)定的最大壓力時(shí)，排氣閥便自動(dòng)打開，由于室內(nèi)溫度下降等原因使室內(nèi)的最小壓力低于設(shè)定的最小壓力時(shí)進(jìn)氣閥便自動(dòng)打開。
空氣彈簧室可代替雙動(dòng)液機(jī)。
實(shí)施例1圓棒料尺寸的確定以三個(gè)直齒輪為一組，并考慮加工余量0.5毫米和兩個(gè)切口6毫米，結(jié)合圖4.1及其所附參數(shù)，根據(jù)下式其中V=2Zl0[ra2sin2θ14-∫rbracosθyax-rf2θ12+(ra2-rf2)θ24]+πrf2l0]]>θ1=2invα+invrbra]]>θ2=sr-2[inv(rbra)-invα]]]>可求得所需總體積為635立方厘米。于是可選用長(zhǎng)度126毫米，直徑為40毫米的圓棒料。
滾軋制坯利用裝在板壓滾動(dòng)塑性精成形機(jī)(如圖1)上的模板(如圖2)經(jīng)過第一道滾軋，使棒料軋成圖5.1的形狀，再經(jīng)過第二道滾軋，使其成為圖5.2的形狀，再經(jīng)過第三道滾軋，并經(jīng)第四道精整形，便軋成圖4.2粗實(shí)線的形狀，其中細(xì)實(shí)線為直齒輪的精確形狀，而滾軋成的粗實(shí)線形狀，在基圓半徑Rb以外的齒寬比精確直齒輪的寬度要小。
擠壓精成形把經(jīng)滾軋制坯如圖4.2的工件置于圖3的凹模中，開動(dòng)壓機(jī)壓下，在上凸模和導(dǎo)套芯桿和下凸模和芯桿導(dǎo)套的對(duì)向作用下，坯料中間部分被鐓粗的同時(shí)中間部分的齒牙也受到鐓粗，而齒根部分由于擠壓受到拉伸變形，在壓機(jī)的壓力繼續(xù)增加時(shí)，上凸模芯桿壓入坯料上端的中心，下凸模芯桿在頂出缸的壓力作用下壓入坯料下端的中心，于是坯料上端部和下端部同時(shí)被脹擠，在其根部也發(fā)生拉伸變形，最后抬起壓機(jī)活動(dòng)橫梁，工件被頂出，完成了如圖4.3細(xì)實(shí)線所示的熱擠壓精成形的直齒輪。圖4.1齒數(shù)z＝20模數(shù)m＝4分度圓上的壓力角α＝20°齒頂高系數(shù)ha*=1]]>頂隙系數(shù)c*＝0.25分度圓直徑d＝m·z＝80齒頂高h(yuǎn)a=ha*·m=4]]>齒根高h(yuǎn)f=(ha*+c*)·m=5]]>齒全高h(yuǎn)＝ha+hf＝9齒頂圓直徑da＝d+2·ha＝88齒根圓直徑df＝d-2·hf＝70基圓直徑db＝d·cos(α)＝75.2齒輪厚度l0＝40圖2.4其中K1=π·(d12-h0)]]>K5=π·(d12-h0-h1-h2-h3-h4)]]>K2=π·(d12-h0-h1)]]>k1k2k3k4k5為輥軋過程中的疊加部分K3=π·(d12-h0-h1-h2)]]>h0h1h2h3h4為輥軋過程中的徑向壓下量K4=π·(d12-h0-h1-h2-h3)]]>
權(quán)利要求
1.一種直齒輪滾軋和擠壓組合精成形的裝置及工藝，由板式滾壓塑性精成形機(jī)和液壓機(jī)組成，其特征是直齒輪熱擠壓精成形裝置由上裝置和下裝置組成在上裝置中，導(dǎo)向套和壓板固定在固定板上，導(dǎo)向柱和彈簧導(dǎo)柱固定在下固定板上，上凸模和芯桿導(dǎo)套由下固定板的下方裝入下固定板，上凸模桿是裝在上凸模和芯桿導(dǎo)套中，在上凸模芯桿與上凸模和芯桿導(dǎo)套之間設(shè)有空氣彈簧室，在空氣彈簧室中設(shè)有進(jìn)氣閥和排氣閥，而且進(jìn)氣閥與高壓氣源相通，當(dāng)空氣彈簧室的壓力低于所設(shè)定的最高壓力時(shí)，高壓氣源就通過進(jìn)氣閥供氣，當(dāng)空氣彈簧室的壓力高于所設(shè)定的最低壓力時(shí)，便通過排氣閥排氣，壓蓋用螺栓旋緊在上凸模和芯桿導(dǎo)套上，裝有導(dǎo)向套的上固定板可套入裝有導(dǎo)向柱的下固定板上，把上固定板裝在活動(dòng)橫梁的下方，把下固定板固定在機(jī)架上。在下裝置中，工作臺(tái)的下方裝有下凸模導(dǎo)套，下固定板上裝有下凸模和芯桿導(dǎo)套，下固定板固定在機(jī)架上，在下凸模和芯桿導(dǎo)套上裝有彈簧，下固定板的下方可將芯桿插入下凸模和芯桿導(dǎo)套，并可使其與下頂出缸柱塞的上端面連接。
2.一種直齒輪滾軋和擠壓組合精成形的裝置及工藝，其工藝是a、將加熱至鍛造溫度的圓棒料送至板式滾壓塑性精成形上下模板的入口處，并保證圓棒料的中心線和上下壓輥的中心線在同一垂直平面內(nèi)，在上、下滑動(dòng)壓板相對(duì)滑動(dòng)過程中，圓柱棒料就被滾軋成精成形直齒輪擠壓用的精加工齒輪坯，齒輪坯由上下模板的出口處落入傳送帶；b、在直齒輪熱擠壓精成形機(jī)上，把模具預(yù)應(yīng)力套加熱后再將凹模壓入套中，然后將其裝在工作臺(tái)上并使上凸模和芯桿導(dǎo)套、下凸模和芯桿導(dǎo)套與凹模滑動(dòng)配合，然后便可固緊在工作臺(tái)上，把加熱至鍛造溫度的直齒輪坯置入凹模，開動(dòng)壓機(jī)，上凸模和芯桿導(dǎo)套壓入凹模，便對(duì)毛坯產(chǎn)生鐓粗變形，當(dāng)壓力增大到規(guī)定數(shù)值時(shí)，上凸模芯桿便克服了空氣彈簧室的彈性阻力向下移動(dòng)，壓入齒輪坯中心，使毛坯的齒形完全充填到凹模的模具型槽中，與此同時(shí)，下凸模因受到下固定板的限制，不能向下移動(dòng)而下凸模芯桿便在頂出缸的作用下由齒輪坯料的下面壓入齒輪坯的中心，使齒輪坯的齒形完全充填到凹模的型槽中，壓機(jī)的活動(dòng)橫梁向上移動(dòng)的同時(shí)，頂出缸便把熱擠壓精成形的齒輪頂出，完成了直齒輪的熱擠壓精成形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直齒輪滾軋和擠壓組合精成形的裝置及工藝，其特征是滾軋的上、下模板為完全相同的反對(duì)稱型槽，上、下模板分別裝在上、下滑動(dòng)壓板上，上、下滑動(dòng)壓板分別與上、下壓輥相切接觸，上、下模板隨上、下壓板相對(duì)滑動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直齒輪滾軋和擠壓組合精成形的裝置及工藝，其特征是空氣彈簧室可代替雙動(dòng)液機(jī)。
全文摘要
一種直齒輪滾軋和擠壓組合精成形的裝置及工藝,屬于金屬塑性加工技術(shù)領(lǐng)域,其裝置由裝在板式滾壓塑性精成形機(jī)上的模具和裝在液壓機(jī)上的直齒輪熱擠壓精成形裝置組成;其工藝是:首先將圓棒料置于滾壓塑性精成形機(jī)的模腔中滾軋直齒輪坯,然后將坯料置于擠壓精成形裝置中擠壓。優(yōu)點(diǎn)是:滾軋制坯和擠壓成形的組合工藝需要的設(shè)備噸位小、材料利用率高,大大減少了機(jī)械加工的切削量,生產(chǎn)效率高,無沖擊、噪聲及其它的環(huán)境危害,設(shè)備投資低,對(duì)工人技術(shù)要求低。
文檔編號(hào)B21C23/02GK1389323SQ0111403
公開日2003年1月8日 申請(qǐng)日期2001年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月4日
發(fā)明者宋玉泉 申請(qǐng)人:宋玉泉