直齒圓柱金屬齒輪的擠壓鑄造模具及其鑄造方法
【專利摘要】一種直齒圓柱金屬齒輪的擠壓鑄造模具及其擠壓鑄造方法，其中模具包括上模、中模、下模、底模、輻板孔芯和軸孔芯；上模、中模、下模、底模和軸孔芯同軸設(shè)置，中模固定在下模的上端，下模上設(shè)有滑動內(nèi)腔，底模套設(shè)在滑動內(nèi)腔之內(nèi)并且在滑動內(nèi)腔之內(nèi)密封滑動；輻板孔芯和軸孔芯設(shè)置固定在底模上，上模設(shè)置有與輻板孔芯和軸孔芯相對應(yīng)的定位排氣孔；當(dāng)上模與中模合模時，上模、中模、下模和底模之間圍成密封的澆注腔；并且輻板孔芯和軸孔芯均插入到上模上設(shè)置的相對應(yīng)的定位排氣孔內(nèi)。本發(fā)明的材料利用率高達95％；可以連續(xù)作業(yè)，生產(chǎn)效率高；無廢砂污染，節(jié)能環(huán)保；齒輪毛坯加工余量小、晶粒細密、力學(xué)性能好。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機械制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種直齒圓柱金屬齒輪的擠壓鑄造模 具及其鑄造方法。 直齒圓柱金屬齒輪的擠壓鑄造模具及其鑄造方法

【背景技術(shù)】
[0002] 齒輪是機械設(shè)備上常用的一個重要零件，通常由鋼、鑄鐵或有色合金等金屬制成。 現(xiàn)有技術(shù)的齒輪毛坯制造方法主要是四種：鑄造、鍛造、圓鋼切割下料、擠壓。
[0003] 鍛造和圓鋼下料形成的齒輪毛坯一般都不帶齒形、甚至輻板也不鍛出，其形狀多 數(shù)只是一個圓餅，加工余量在4_以上，材料利用率不足60 %，加工費用高。
[0004] 固態(tài)擠壓方法生產(chǎn)齒輪有兩類具體的方法，一種是熱擠壓，一種是冷擠壓。它們具 有生產(chǎn)效率高、齒輪質(zhì)量好的優(yōu)點，但是其設(shè)備噸位大。已公開的貫通式熱擠壓方法制備直 齒圓柱齒輪（申請?zhí)?3138823. X)通過將坯料加熱降低變形抗力，并從上部加壓，使棒料直 徑縮小成形齒輪，實現(xiàn)了金屬的塑性變形，并從下部直接擠出。由于其棒料直徑大于齒輪毛 坯直徑，所以，必然存在余料，材料利用率不高。而且，因擠壓力高，模具的齒形部分極易損 壞。擠出式冷擠壓方法制備直齒圓柱齒輪（申請?zhí)?00510017621. 1)的擠壓力更高，在制 備大尺寸齒輪時，擠壓設(shè)備的噸位極高，難以推廣應(yīng)用。
[0005] 鑄造方法得到的齒輪毛坯已經(jīng)有了輻板、輪轂，甚至軸孔和輻板減重孔也能夠鑄 出。雖然一般都沒有齒形，也已經(jīng)比鍛造齒輪的材料利用率有了很大提高。但是，由于其毛 坯不帶齒形，需要后續(xù)的切削加工來成形齒輪的齒。這樣切削加工成本高，還造成了較大的 材料浪費。鑄造齒輪的方法主要是砂型鑄造和擠壓鑄造。由于砂型鑄造齒輪加工余量過大， 鑄件比較致密的表層被全部加工掉，影響了材料性能的發(fā)揮。此外，砂型鑄造齒輪毛坯是靠 重力作用下的冒口來補充冷卻凝固過程的收縮。為了確保沒有收縮缺陷，冒口的質(zhì)量接近 齒輪毛坯的質(zhì)量。這樣大的冒口不僅顯著降低了生產(chǎn)效率，而且其切割、重熔過程還會造 成巨大的能耗和材料的燒損，造成了材料的浪費。大約每生產(chǎn)一噸齒輪毛坯需要消耗型砂 1噸。如此大量的型砂的使用、處理和回收造成了嚴重的粉塵污染，甚至帶來矽肺病。這種 砂型鑄造方法，一有不慎，就會出現(xiàn)砂眼缺陷。因此，砂型鑄造齒輪的質(zhì)量低，一般只用用于 性能要求不高的場合。擠壓鑄造方法制造齒輪可以獲得帶齒的齒輪毛坯?，F(xiàn)有技術(shù)公開了 兩個擠壓鑄造齒輪的模具和方法（申請?zhí)?00320122261. 8和200310109211. 0)，其軸孔芯 安裝在上模上，在上模壓力作用下擠入金屬液，因此無法獲得通孔，材料利用率仍然較低， 而且由于這個金屬芯需要在壓力作用下擠入金屬液，其壽命極短；其加壓方式是上部加壓， 屬于直接擠壓鑄造，于是在加壓前澆入模具腔內(nèi)的液面處會在隨后的擠壓成型時出現(xiàn)環(huán)形 冷隔缺陷，深度可達3mm，直接影響齒輪的性能，導(dǎo)致這種方法制造的齒輪容易出現(xiàn)斷齒事 故；它要求上模進入下模內(nèi)進行擠壓，而每個上下模間齒部的配合關(guān)系很難保證，擠壓時摩 擦阻力很大，使有效擠壓力顯著減小，導(dǎo)致工件內(nèi)部有縮松缺陷，總之，這種上加壓的擠壓 鑄造齒輪毛坯存在冷隔和縮松缺陷、無法得到貫通的軸孔、模具壽命短的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于設(shè)計一種直齒圓柱金屬齒輪的擠壓鑄造模具及其鑄造方法，解 決上述問題。
[0007] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0008] -種直齒圓柱金屬齒輪的擠壓鑄造模具，包括上模、中模、下模、底模、福板孔芯和 軸孔芯；所述上模、所述中模、所述下模、所述底模和所述軸孔芯同軸設(shè)置，所述中模固定 在所述下模的上端，所述下模上設(shè)有滑動內(nèi)腔，所述底模套設(shè)在所述滑動內(nèi)腔之內(nèi)并且在 所述滑動內(nèi)腔之內(nèi)密封滑動；所述輻板孔芯和所述軸孔芯設(shè)置固定在所述底模上，所述上 模設(shè)置有與所述輻板孔芯和所述軸孔芯相對應(yīng)的定位排氣孔；當(dāng)所述上模與所述中模合模 時，所述上模、所述中模、所述下模和所述底模之間圍成密封的澆注腔，所述澆注腔的體積 通過調(diào)節(jié)所述下模的位置來調(diào)節(jié)；并且所述輻板孔芯和所述軸孔芯均插入到所述上模上設(shè) 置的相對應(yīng)的所述定位排氣孔內(nèi)。
[0009] 優(yōu)選的，還包括底模圈，所述底模圈套設(shè)在所述滑動內(nèi)腔之內(nèi)并固定，所述底模套 設(shè)在所述底模圈之內(nèi)并且在所述底模圈之內(nèi)密封滑動；當(dāng)所述上模與所述中模合模時，所 述上模、所述中模、所述下模、所述底模圈和所述底模之間圍成密封的澆注腔。
[0010] 優(yōu)選的，還包括下模板、擠壓桿和頂圈，所述下模設(shè)置在所述下模板上，所述下模 板上開孔，所述頂圈穿過所述下模板上的開孔并固定在所述下模上，所述擠壓桿也穿過所 述下模板上的開孔固定在所述底模上。
[0011] 優(yōu)選的，所述上模的下端面的形狀與齒輪毛坯的上端面直徑D2范圍內(nèi)的形狀相 契合，所述上模的下端面D2范圍以外為帶有排氣道的平面，在齒輪毛坯輻板孔和軸孔的對 應(yīng)位置設(shè)有相應(yīng)數(shù)量和尺寸的通孔；所述上模的上端面為平面，并與所述上模板固定在一 起，安裝在擠壓鑄造機的動型板上，能夠由動型板帶動沿垂直方向做上下運動，運動行程 Η ?1000mm ;
[0012] 所述中模的上下端面均為平面，厚度等于齒輪毛坯齒部的厚度H，所述中模的中央 在直徑D3范圍內(nèi)是通孔；所述通孔的形狀為與齒輪毛坯的齒部相嚙合的內(nèi)齒圈，并與所述 下模固定在一起，通過所述下模和所述下模板安裝在擠壓鑄造機的工作臺上；
[0013] 所述下模為筒體，上下端面為均為平面，高度等于（2. 5?5. 5)H，所述下模的上端 面與所述中模的下端面貼合并緊固在一起，所述下模的下端面與所述下模板的上端面貼合 并緊固在一起，中央留有下大上小的階梯圓孔，所述階梯圓孔內(nèi)安裝圓柱形的所述底模圈， 所述階梯圓孔下部的大孔與所述底模圈的法蘭盤間隙配合，配合間隙〇. 05?0. 15_，所述 階梯圓孔上部的小孔與所述底模圈的上部外表面間隙配合，間隙配合〇. 1?〇. 25mm ;
[0014] 所述底模是一個圓柱體，其上端面形狀與齒輪毛坯直徑為D2范圍內(nèi)的形狀相契 合，在輻板孔和軸孔的對應(yīng)位置安裝有所述輻板孔芯和所述軸孔芯，與所述擠壓桿同軸，所 述底模的下端面為平面并與實施擠壓桿連接固定，在所述擠壓桿帶動下能夠沿垂直方向在 所述底模圈內(nèi)上下運動，運動行程（1?2)H，所述底模的外表面與所述底模圈內(nèi)的表面間 為間隙配合，配合間隙〇· 1?〇· 25mm ;
[0015] 所述底模圈是下部帶有法蘭盤的圓筒，其內(nèi)孔與所述底模的外圓間隙配合，配合 間隙0. 1?0. 25mm，其外壁與所述下模的階梯孔配合，上部配合間隙0. 1?0. 25mm，所述底 模圈的法蘭盤與所述下?？椎呐浜祥g隙為〇. 05?0. 15mm，所述底模圈的上端面外圓直徑 等于齒輪毛坯的齒根圓直徑，所述底模圈的內(nèi)圓直徑與齒輪毛坯的D2相等，所述底模圈的 總高度為（2?5) XH，所述底模圈的法蘭盤上平面距下模階梯孔的臺階處的距離為運動行 程，運動行程為H+1?H+100mm，所述底模圈的下端面與所述頂圈連接，能夠由擠壓鑄造機 的頂件油缸帶動上下運動。
[0016] 優(yōu)選的，所述輻板孔芯和所述軸孔芯用熱作模具鋼制成，上下兩段為圓柱體，中間 一段為帶有〇. 5?Γ錐度的圓臺，圓臺的底面直徑與下段圓柱體的直徑相同，圓臺的頂面 直徑與上段圓柱體的直徑相同，高度等于齒輪毛坯上對應(yīng)孔的長度，三段交匯處無臺階，下 端面與底模連接牢固。
[0017] 一種應(yīng)用所述直齒圓柱金屬齒輪的擠壓鑄造模具的鑄造方法，包括步驟如下：
[0018] 步驟1，調(diào)整模具：啟動液鍛機，使底模圈運動至所述底模圈的上端面與下模的上 端面平齊，使底模進入所述底模圈內(nèi)至所述底模的上端面最高點距所述底模圈的上端面 (1?1. 2) XH，使上模的下端面距中模的上端面1. 2XH?1000mm ;
[0019] 步驟2,澆注齒輪金屬液：將熔煉合格的齒輪金屬液澆入所述底模圈的內(nèi)表面與 所述底模的上端面形成的澆注腔內(nèi)，至距所述底模圈的上端面1?20mm停止；
[0020] 步驟3,合模：所述液鍛機的動型板帶動所述上模迅速下行，至所述上模與所述中 模接觸并增壓至設(shè)定壓力保持；
[0021] 步驟4,下加壓擠壓成形：所述液鍛機的擠壓油缸帶動所述底模上行，輻板孔芯和 軸孔芯的上段圓柱體進入所述上模對應(yīng)的通孔內(nèi)，齒輪金屬液被推至所述底模、所述中模 和所述上模形成的模具澆注腔內(nèi)充滿，逐步增壓至設(shè)定的系統(tǒng)壓力，保持壓力直至齒輪金 屬液凝固；
[0022] 步驟5,開模抽芯：所述液鍛機帶動所述上模上行（1. 1?1. 5) XHmm，所述底模下 行使所述輻板孔芯和所述軸孔芯抽出齒輪毛坯；
[0023] 步驟6,頂出：所述液鍛機的頂件油缸推動所述底模圈上行，推動所述齒輪毛坯上 行，使所述齒輪毛坯與所述中模分離，得到本發(fā)明的需要的齒輪毛坯。
[0024] 優(yōu)選的，步驟3中，所述液鍛機的動型板帶動所述上模以100?600mm/s的速度迅 速下行；所述設(shè)定壓力等于（20?150MPa) X齒輪毛坯的水平投影面積；
[0025] 步驟4中，以2?5MPa/S的增壓速度逐步增壓至設(shè)定的系統(tǒng)壓力。
[0026] 本發(fā)明所謂的D1，是齒輪毛坯的軸孔直徑；
[0027] 本發(fā)明所謂的D2,是齒輪毛坯的輪緣內(nèi)徑；
[0028] 本發(fā)明所謂的D3,是齒輪毛坯的齒頂圓直徑；
[0029] 本發(fā)明所謂的H，是齒輪毛坯齒部的厚度。
[0030] 為了解決現(xiàn)有擠壓鑄造方法制備直齒圓柱齒輪毛坯時存在冷隔和收縮缺陷、輻板 孔及軸孔不能成為通孔、模具壽命短的問題，提出本發(fā)明。
[0031] 本發(fā)明的有益效果可以總結(jié)如下：
[0032] (1)材料利用率高：本發(fā)明得到的圓柱直齒金屬齒輪帶齒毛坯，外形與齒輪零 件外形相似，有齒、輪緣、輻板、輪轂等結(jié)構(gòu)，留〇. 5-2mm的加工余量、1-1. 3 %的收縮率和 0.5-Γ的脫模斜度。輪轂的軸孔和輻板上的減重孔均為通孔。省去了現(xiàn)有鑄造技術(shù)中的 冒口，并直接得到了齒輪的齒形，材料利用率高達95%以上；
[0033] (2)質(zhì)量高、性能好：本發(fā)明所得齒輪毛坯組織致密、無收縮缺陷和冷隔缺陷，性 能可與固態(tài)模鍛齒輪相媲美。
[0034] (3)高效節(jié)能環(huán)保：用可以反復(fù)使用的金屬型和金屬芯代替砂型和砂芯，從根本 上根除了砂型鑄造的粉塵污染；可以利用齒輪毛坯出模后的余熱進行余熱熱處理，節(jié)約了 能源，改善了切削性能；由于加壓條件下冷卻速度比砂型鑄造提高數(shù)倍，生產(chǎn)效率高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0035] 圖1直齒圓柱金屬齒輪毛述剖面
[0036] 圖2澆注完畢時的模具狀態(tài)
[0037] 圖3擠壓凝固成形時的模具狀態(tài)
[0038] 圖4齒輪毛坯出模后的模具狀態(tài)
[0039] 圖中：齒輪毛述的齒部1、齒輪毛述的輪緣2、齒輪毛述的輻板3、輻板孔4、輪轂5、 軸孔6、上模7、中模8、下模9、底模圈10、頂圈11、擠壓桿12、下模板13、底模14、福板孔芯 15、凝固成形的齒輪毛坯16、軸孔芯17、上模板18、齒輪金屬液19。

【具體實施方式】
[0040] 為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合 附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用 以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0041] 設(shè)備部分：
[0042] 如圖1至圖4所示的一種直齒圓柱金屬齒輪的擠壓鑄造模具，包括上模7、中模8、 下模9、底模14、輻板孔芯15和軸孔芯17 ;所述上模7、所述中模8、所述下模9、所述底模 14和所述軸孔芯17同軸設(shè)置，所述中模8固定在所述下模9的上端，所述下模9上設(shè)有滑 動內(nèi)腔，所述底模14套設(shè)在所述滑動內(nèi)腔之內(nèi)并且在所述滑動內(nèi)腔之內(nèi)密封滑動；所述輻 板孔芯15和所述軸孔芯17設(shè)置固定在所述底模14上，所述上模7設(shè)置有與所述輻板孔芯 15和所述軸孔芯17相對應(yīng)的定位排氣孔；當(dāng)所述上模7與所述中模8合模時，所述上模7、 所述中模8、所述下模9和所述底模14之間圍成密封的澆注腔，所述澆注腔的體積通過調(diào)節(jié) 所述下模9的位置來調(diào)節(jié)；并且所述輻板孔芯15和所述軸孔芯17均插入到所述上模7上 設(shè)置的相對應(yīng)的所述定位排氣孔內(nèi)。
[0043] 在更加優(yōu)選的實施例中，所述擠壓鑄造模具還包括底模圈10,所述底模圈10套設(shè) 在所述滑動內(nèi)腔之內(nèi)并固定，所述底模14套設(shè)在所述底模圈10之內(nèi)并且在所述底模圈10 之內(nèi)密封滑動；當(dāng)所述上模7與所述中模8合模時，所述上模7、所述中模8、所述下模9、所 述底模圈10和所述底模14之間圍成密封的澆注腔。
[0044] 在更加優(yōu)選的實施例中，所述擠壓鑄造模具還包括下模板13、擠壓桿12和頂圈 11，所述下模9設(shè)置在所述下模板13上，所述下模板13上開孔，所述頂圈11穿過所述下模 板13上的開孔并固定在所述下模9上，所述擠壓桿12也穿過所述下模板13上的開孔固定 在所述底模14上。
[0045] 在更加優(yōu)選的實施例中，所述上模7的下端面的形狀與齒輪毛坯的上端面直徑D2 范圍內(nèi)的形狀相契合，所述上模7的下端面D2范圍以外為帶有排氣道的平面，在齒輪毛坯 輻板孔和軸孔的對應(yīng)位置設(shè)有相應(yīng)數(shù)量和尺寸的通孔；所述上模7的上端面為平面，并與 所述上模7板固定在一起，安裝在擠壓鑄造機的動型板上，能夠由動型板帶動沿垂直方向 做上下運動，運動行程Η?1000mm ;所述中模8的上下端面均為平面，厚度等于齒輪毛坯 齒部的厚度H，所述中模8的中央在直徑D3范圍內(nèi)是通孔；所述通孔的形狀為與齒輪毛坯 的齒部相嚙合的內(nèi)齒圈，并與所述下模9固定在一起，通過所述下模9和所述下模板13安 裝在擠壓鑄造機的工作臺上；所述下模9為筒體，上下端面為均為平面，高度等于（2. 5? 5. 5) H，所述下模9的上端面與所述中模8的下端面貼合并緊固在一起，所述下模9的下端 面與所述下模板13的上端面貼合并緊固在一起，中央留有下大上小的階梯圓孔，所述階梯 圓孔內(nèi)安裝圓柱形的所述底模圈10,所述階梯圓孔下部的大孔與所述底模圈10的法蘭盤 間隙配合，配合間隙0. 05?0. 15mm，所述階梯圓孔上部的小孔與所述底模圈10的上部外 表面間隙配合，間隙配合0. 1?0. 25mm ;所述底模14是一個圓柱體，其上端面形狀與齒輪 毛坯直徑為D2范圍內(nèi)的形狀相契合，在輻板孔和軸孔的對應(yīng)位置安裝有所述輻板孔芯15 和所述軸孔芯17,與所述擠壓桿12同軸，所述底模14的下端面為平面并與實施擠壓桿12 連接固定，在所述擠壓桿12帶動下能夠沿垂直方向在所述底模圈10內(nèi)上下運動，運動行程 (1?2)H，所述底模14的外表面與所述底模圈10內(nèi)的表面間為間隙配合，配合間隙0. 1? 0. 25_ ;所述底模圈10是下部帶有法蘭盤的圓筒，其內(nèi)孔與所述底模14的外圓間隙配合， 配合間隙〇. 1?〇. 25mm，其外壁與所述下模9的階梯孔配合，上部配合間隙0. 1?0. 25mm， 所述底模圈10的法蘭盤與所述下模9孔的配合間隙為0. 05?0. 15mm，所述底模圈10的上 端面外圓直徑等于齒輪毛坯的齒根圓直徑，所述底模圈10的內(nèi)圓直徑與齒輪毛坯的D2相 等，所述底模圈10的總高度為（2?5) XH，所述底模圈10的法蘭盤上平面距下模9階梯孔 的臺階處的距離為運動行程，運動行程為H+1?H+100mm，所述底模圈10的下端面與所述頂 圈11連接，能夠由擠壓鑄造機的頂件油缸帶動上下運動。
[0046] 在更加優(yōu)選的實施例中，所述輻板孔芯15和所述軸孔芯17用熱作模具鋼制成，上 下兩段為圓柱體，中間一段為帶有〇. 5?Γ錐度的圓臺，圓臺的底面直徑與下段圓柱體的 直徑相同，圓臺的頂面直徑與上段圓柱體的直徑相同，高度等于齒輪毛坯上對應(yīng)孔的長度， 三段交匯處無臺階，下端面與底模14連接牢固。
[0047] 所述擠壓鑄造模具在某個優(yōu)選的實施例中，其具體實施如下：
[0048] 該模具的上模7用熱作模具鋼制成，下端面中央直徑為D2范圍內(nèi)的形狀與齒輪毛 坯的上端面直徑D2范圍內(nèi)的形狀相契合，下端面D2范圍以外為帶有排氣道的平面，在齒輪 毛坯輻板孔4和軸孔6的對應(yīng)位置設(shè)有相應(yīng)數(shù)量和尺寸的通孔，上端面為平面，通過螺釘與 上模板18固定在一起，安裝在擠壓鑄造機的動型板（也叫活動橫梁）上，由動型板帶動沿 垂直方向做上下運動，運動行程Η?1000mm ;
[0049] 所述的中模8用熱作模具鋼制成，上下端面均為平面，厚度等于齒輪毛坯齒部的 厚度H，其中央直徑D3范圍內(nèi)是通孔，通孔形狀為與齒輪毛坯的齒部1相嚙合的內(nèi)齒圈，與 上模7和下模9同軸，用螺釘與下模9固定在一起，通過下模和下模板安裝在擠壓鑄造機的 工作臺上；
[0050] 所述的下模9為筒體，用熱作模具鋼制成，上下端面為均為平面，高度等于（2. 5? 5. 5) H，上端面與中模8下端面貼合用螺釘緊固在一起，下端面與下模板13上端面貼合并用 螺釘緊固在一起，中央留有下大上小的階梯圓孔，階梯圓孔內(nèi)安裝圓柱形的底模圈10,下部 的大孔與底模圈10的法蘭盤間隙配合，配合間隙0. 05?0. 15mm，上部的小孔與底模圈10 的上部外表面間隙配合，間隙配合0. 1?0. 25mm ;
[0051] 所述的底模14是一個圓柱體，用熱作模具鋼制成，其上端面形狀與齒輪毛坯直徑 為D2范圍內(nèi)的形狀相契合，在輻板孔4和軸孔6的對應(yīng)位置安裝有輻板孔芯15和軸孔芯 17,與擠壓桿12同軸，其下端面為平面，通過螺釘與擠壓桿12連接固定，在擠壓桿12帶動 下可以沿垂直方向在底模圈10內(nèi)上下運動，運動行程（1?2)H，其外表面與底模圈10內(nèi)表 面間為間隙配合，配合間隙0. 1?0. 25_ ;所述的輻板孔芯15和軸孔芯17用熱作模具鋼 制成，上下兩段為圓柱體，中間一段為帶有〇. 5?Γ錐度的圓臺，圓臺的底面直徑與下段 圓柱體的直徑相同，圓臺的頂面直徑與上段圓柱體的直徑相同，高度等于齒輪毛坯上對應(yīng) 孔的長度，三段交匯處無臺階，下端面留有螺紋孔，通過螺釘與底模14連接牢固；
[0052] 所述的底模圈10是下部帶有法蘭盤的圓筒，與上模7、中模8、底模14同軸，其內(nèi) 孔與底模14外圓間隙配合，配合間隙0. 1?0. 25mm，其外壁與下模9的階梯孔配合，上部配 合間隙〇. 1?〇. 25mm，法蘭盤與下模9孔的配合間隙為0. 05?0. 15mm，上端面外圓直徑等 于齒輪毛坯的齒根圓直徑，內(nèi)圓直徑與齒輪毛坯的D2相等，其總高度為（2?5) XH，其法蘭 盤上平面距下模9階梯孔的臺階處的距離為運動行程，運動行程為H+1?H+100mm，下端面 通過螺釘與頂圈11連接，由擠壓鑄造機的頂件油缸帶動上下運動。
[0053] 方法部分：
[0054] 如圖2至圖4所示的一種應(yīng)用所述直齒圓柱金屬齒輪的擠壓鑄造模具的鑄造方 法，包括步驟如下：
[0055] 步驟1，調(diào)整模具：啟動液鍛機，使底模圈10運動至所述底模圈10的上端面與下 模9的上端面平齊，使底模14進入所述底模圈10內(nèi)至所述底模14的上端面最高點距所述 底模圈10的上端面（1?1. 2) XH，使上模7的下端面距中模8的上端面1. 2XH?1000mm ;
[0056] 步驟2,澆注齒輪金屬液：將熔煉合格的齒輪金屬液澆入所述底模圈10的內(nèi)表面 與所述底模14的上端面形成的澆注腔內(nèi)，至距所述底模圈10的上端面1?20mm停止；
[0057] 步驟3,合模：所述液鍛機的動型板帶動所述上模7迅速下行，至所述上模7與所 述中模8接觸并增壓至設(shè)定壓力保持；
[0058] 步驟4,下加壓擠壓成形：所述液鍛機的擠壓油缸帶動所述底模14上行，輻板孔芯 15和軸孔芯17的上段圓柱體進入所述上模7對應(yīng)的通孔內(nèi)，齒輪金屬液被推至所述底模 14、所述中模8和所述上模7形成的模具澆注腔內(nèi)充滿，逐步增壓至設(shè)定的系統(tǒng)壓力，保持 壓力直至齒輪金屬液凝固；
[0059] 步驟5,開模抽芯：所述液鍛機帶動所述上模7上行（1. 1?1. 5) XHmm，所述底模 14下行使所述輻板孔芯15和所述軸孔芯17抽出齒輪毛坯；
[0060] 步驟6,頂出：所述液鍛機的頂件油缸推動所述底模圈10上行，推動所述齒輪毛坯 上行，使所述齒輪毛坯與所述中模8分離，得到本發(fā)明的需要的齒輪毛坯。
[0061] 在更加優(yōu)選的實施例中，步驟3中，所述液鍛機的動型板帶動所述上模7以100? 600mm/s的速度迅速下行；所述設(shè)定壓力等于（20?150MPa) X齒輪毛坯的水平投影面積； 步驟4中，以2?5MPa/S的增壓速度逐步增壓至設(shè)定的系統(tǒng)壓力。
[0062] 所述擠壓鑄造方法某些優(yōu)選的實施例中，其具體實施如下：
[0063] 實施例1
[0064] 一種圓柱直齒金屬齒輪帶齒毛坯的擠壓鑄造方法，包括如下步驟
[0065] 步驟1調(diào)整模具：啟動液鍛機，使底模圈10運動至底模圈10的上端面與下模9上 端面平齊，使底模14進入底模圈10內(nèi)至底模14的上端面最高點距底模圈10上端面H，使 上模7下端面距中模8上端面1. 2 XHmm ;
[0066] 步驟2澆注齒輪金屬液19,將熔煉合格的齒輪金屬液19澆入底模圈10內(nèi)表面與 底模14上端面形成的澆注腔內(nèi)，至距底模圈10上端面1mm停止；
[0067] 步驟3合模，液鍛機動型板帶動上模7以100mm/S的速度迅速下行，至上模7與中 模8接觸并增壓至設(shè)定壓力保持；所述的設(shè)定壓力等于（20MPa) X齒輪毛坯的水平投影面 積；
[0068] 步驟4擠壓，液鍛機擠壓油缸帶動底模14上行，輻板孔芯15和軸孔芯17的上段 圓柱體進入上模7對應(yīng)的通孔內(nèi)，齒輪金屬液被推至底模10、中模8和上模7形成的模具澆 注腔內(nèi)充滿，以2MPa/S的增壓速度逐步增壓至設(shè)定的系統(tǒng)壓力，保持壓力直至齒輪金屬液 19凝固；
[0069] 步驟5開模抽芯，液鍛機帶動上模7上行（1. 1) XHmm，底模14下行使輻板孔芯15 和軸孔芯17抽出齒輪毛坯16
[0070] 步驟6頂出：液鍛機頂件油缸推動底模圈10上行，推動齒輪毛坯16上行，使齒輪 毛坯16與中模8分離，得到本發(fā)明的齒輪毛坯16 ;
[0071] 實施例2
[0072] -種圓柱直齒金屬齒輪帶齒毛坯的擠壓鑄造方法，包括如下步驟
[0073] 步驟1調(diào)整模具：啟動液鍛機，使底模圈10運動至底模圈10的上端面與下模9 上端面平齊，使底模14進入底模圈10內(nèi)至底模14的上端面最高點距底模圈10上端面 (1. 1) XH，使上模7下端面距中模8上端面500mm ;
[0074] 步驟2澆注齒輪金屬液19,將熔煉合格的齒輪金屬液19澆入底模圈10內(nèi)表面與 底模14上端面形成的澆注腔內(nèi)，至距底模圈10上端面10mm停止；
[0075] 步驟3合模，液鍛機動型板帶動上模7以350mm/s的速度迅速下行，至上模7與中 模8接觸并增壓至設(shè)定壓力保持；所述的設(shè)定壓力等于（85MPa) X齒輪毛坯的水平投影面 積；
[0076] 步驟4擠壓，液鍛機擠壓油缸帶動底模14上行，輻板孔芯15和軸孔芯17的上段 圓柱體進入上模7對應(yīng)的通孔內(nèi)，齒輪金屬液被推至底模10、中模8和上模7形成的模具澆 注腔內(nèi)充滿，以3. 5MPa/S的增壓速度逐步增壓至設(shè)定的系統(tǒng)壓力，保持壓力直至齒輪金屬 液19凝固；
[0077] 步驟5開模抽芯，液鍛機帶動上模7上行（1. 3) XHmm，底模14下行使輻板孔芯15 和軸孔芯17抽出齒輪毛坯16
[0078] 步驟6頂出：液鍛機頂件油缸推動底模圈10上行，推動齒輪毛坯16上行，使齒輪 毛坯16與中模8分離，得到本發(fā)明的齒輪毛坯16 ;
[0079] 實施例3
[0080] 一種圓柱直齒金屬齒輪帶齒毛坯的擠壓鑄造方法，包括如下步驟
[0081] 步驟1調(diào)整模具：啟動液鍛機，使底模圈10運動至底模圈10的上端面與下模9 上端面平齊，使底模14進入底模圈10內(nèi)至底模14的上端面最高點距底模圈10上端面 (1. 2) XH，使上模7下端面距中模8上端面1000mm ;
[0082] 步驟2澆注齒輪金屬液19,將熔煉合格的齒輪金屬液19澆入底模圈10內(nèi)表面與 底模14上端面形成的澆注腔內(nèi)，至距底模圈10上端面20mm停止；
[0083] 步驟3合模，液鍛機動型板帶動上模7以600mm/s的速度迅速下行，至上模7與中 模8接觸并增壓至設(shè)定壓力保持；所述的設(shè)定壓力等于（150MPa) X齒輪毛坯的水平投影面 積；
[0084] 步驟4擠壓，液鍛機擠壓油缸帶動底模14上行，輻板孔芯15和軸孔芯17的上段 圓柱體進入上模7對應(yīng)的通孔內(nèi)，齒輪金屬液被推至底模10、中模8和上模7形成的模具澆 注腔內(nèi)充滿，以5MPa/S的增壓速度逐步增壓至設(shè)定的系統(tǒng)壓力，保持壓力直至齒輪金屬液 19凝固；
[0085] 步驟5開模抽芯，液鍛機帶動上模7上行（1. 5) XHmm，底模14下行使輻板孔芯15 和軸孔芯17抽出齒輪毛坯16
[0086] 步驟6頂出：液鍛機頂件油缸推動底模圈10上行，推動齒輪毛坯16上行，使齒輪 毛坯16與中模8分離，得到本發(fā)明的齒輪毛坯16。
[〇〇87] 以上通過具體的和優(yōu)選的實施例詳細的描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明 白，本發(fā)明并不局限于以上所述實施例，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、 等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種直齒圓柱金屬齒輪的擠壓鑄造模具，其特征在于：包括上模、中模、下模、底模、 輻板孔芯和軸孔芯；所述上模、所述中模、所述下模、所述底模和所述軸孔芯同軸設(shè)置，所述 中模固定在所述下模的上端，所述下模上設(shè)有滑動內(nèi)腔，所述底模套設(shè)在所述滑動內(nèi)腔之 內(nèi)并且在所述滑動內(nèi)腔之內(nèi)密封滑動；所述輻板孔芯和所述軸孔芯設(shè)置固定在所述底模 上，所述上模設(shè)置有與所述輻板孔芯和所述軸孔芯相對應(yīng)的定位排氣孔；當(dāng)所述上模與所 述中模合模時，所述上模、所述中模、所述下模和所述底模之間圍成密封的澆注腔，所述澆 注腔的體積通過調(diào)節(jié)所述下模的位置來調(diào)節(jié)；并且所述輻板孔芯和所述軸孔芯均插入到所 述上模上設(shè)置的相對應(yīng)的所述定位排氣孔內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直齒圓柱金屬齒輪的擠壓鑄造模具，其特征在于：還包括底 模圈，所述底模圈套設(shè)在所述滑動內(nèi)腔之內(nèi)并固定，所述底模套設(shè)在所述底模圈之內(nèi)并且 在所述底模圈之內(nèi)密封滑動；當(dāng)所述上模與所述中模合模時，所述上模、所述中模、所述下 模、所述底模圈和所述底模之間圍成密封的澆注腔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的直齒圓柱金屬齒輪的擠壓鑄造模具，其特征在于：還包括下 模板、擠壓桿和頂圈，所述下模設(shè)置在所述下模板上，所述下模板上開孔，所述頂圈穿過所 述下模板上的開孔并固定在所述下模上，所述擠壓桿也穿過所述下模板上的開孔固定在所 述底模上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的直齒圓柱金屬齒輪的擠壓鑄造模具，其特征在于： 所述上模的下端面的形狀與齒輪毛坯的上端面直徑D2范圍內(nèi)的形狀相契合，所述上 模的下端面D2范圍以外為帶有排氣道的平面，在齒輪毛坯輻板孔和軸孔的對應(yīng)位置設(shè)有 相應(yīng)數(shù)量和尺寸的通孔；所述上模的上端面為平面，并與所述上模板固定在一起，安裝在擠 壓鑄造機的動型板上，能夠由動型板帶動沿垂直方向做上下運動，運動行程Η?1000mm ; 所述中模的上下端面均為平面，厚度等于齒輪毛坯齒部的厚度H，所述中模的中央在直 徑D3范圍內(nèi)是通孔；所述通孔的形狀為與齒輪毛坯的齒部相嚙合的內(nèi)齒圈，并與所述下模 固定在一起，通過所述下模和所述下模板安裝在擠壓鑄造機的工作臺上； 所述下模為筒體，上下端面為均為平面，高度等于（2. 5?5. 5) H，所述下模的上端面與 所述中模的下端面貼合并緊固在一起，所述下模的下端面與所述下模板的上端面貼合并緊 固在一起，中央留有下大上小的階梯圓孔，所述階梯圓孔內(nèi)安裝圓柱形的所述底模圈，所述 階梯圓孔下部的大孔與所述底模圈的法蘭盤間隙配合，配合間隙〇. 05?0. 15_，所述階梯 圓孔上部的小孔與所述底模圈的上部外表面間隙配合，間隙配合0. 1?0. 25mm ; 所述底模是一個圓柱體，其上端面形狀與齒輪毛坯直徑為D2范圍內(nèi)的形狀相契合，在 輻板孔和軸孔的對應(yīng)位置安裝有所述輻板孔芯和所述軸孔芯，與所述擠壓桿同軸，所述底 模的下端面為平面并與實施擠壓桿連接固定，在所述擠壓桿帶動下能夠沿垂直方向在所述 底模圈內(nèi)上下運動，運動行程（1?2)H，所述底模的外表面與所述底模圈內(nèi)的表面間為間 隙配合，配合間隙〇· 1?〇· 25謹； 所述底模圈是下部帶有法蘭盤的圓筒，其內(nèi)孔與所述底模的外圓間隙配合，配合間隙 0. 1?0. 25mm，其外壁與所述下模的階梯孔配合，上部配合間隙0. 1?0. 25mm，所述底模圈 的法蘭盤與所述下?？椎呐浜祥g隙為0. 05?0. 15mm，所述底模圈的上端面外圓直徑等于 齒輪毛坯的齒根圓直徑，所述底模圈的內(nèi)圓直徑與齒輪毛坯的D2相等，所述底模圈的總高 度為（2?5) XH，所述底模圈的法蘭盤上平面距下模階梯孔的臺階處的距離為運動行程， 運動行程為H+1?H+100mm，所述底模圈的下端面與所述頂圈連接，能夠由擠壓鑄造機的頂 件油缸帶動上下運動。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直齒圓柱金屬齒輪的擠壓鑄造模具，其特征在于：所述輻板 孔芯和所述軸孔芯用熱作模具鋼制成，上下兩段為圓柱體，中間一段為帶有0. 5?Γ錐度 的圓臺，圓臺的底面直徑與下段圓柱體的直徑相同，圓臺的頂面直徑與上段圓柱體的直徑 相同，高度等于齒輪毛坯上對應(yīng)孔的長度，三段交匯處無臺階，下端面與底模連接牢固。
6. -種應(yīng)用所述直齒圓柱金屬齒輪的擠壓鑄造模具的鑄造方法，其特征在于：包括步 驟如下： 步驟1，調(diào)整模具：啟動液鍛機，使底模圈運動至所述底模圈的上端面與下模的上端面 平齊，使底模進入所述底模圈內(nèi)至所述底模的上端面最高點距所述底模圈的上端面（1? 1. 2) XH，使上模的下端面距中模的上端面1. 2XH?1000mm ; 步驟2,澆注齒輪金屬液：將熔煉合格的齒輪金屬液澆入所述底模圈的內(nèi)表面與所述 底模的上端面形成的澆注腔內(nèi)，至距所述底模圈的上端面1?20mm停止； 步驟3,合模：所述液鍛機的動型板帶動所述上模迅速下行，至所述上模與所述中模接 觸并增壓至設(shè)定壓力保持； 步驟4,下加壓擠壓成形：所述液鍛機的擠壓油缸帶動所述底模上行，輻板孔芯和軸孔 芯的上段圓柱體進入所述上模對應(yīng)的通孔內(nèi)，齒輪金屬液被推至所述底模、所述中模和所 述上模形成的模具澆注腔內(nèi)充滿，逐步增壓至設(shè)定的系統(tǒng)壓力，保持壓力直至齒輪金屬液 凝固； 步驟5,開模抽芯：所述液鍛機帶動所述上模上行（1. 1?1. 5) XHmm，所述底模下行使 所述輻板孔芯和所述軸孔芯抽出齒輪毛坯； 步驟6,頂出：所述液鍛機的頂件油缸推動所述底模圈上行，推動所述齒輪毛坯上行， 使所述齒輪毛坯與所述中模分離，得到本發(fā)明的需要的齒輪毛坯。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的鑄造方法，其特征在于： 步驟3中，所述液鍛機的動型板帶動所述上模以100?600mm/s的速度迅速下行;所述 設(shè)定壓力等于（20?150MPa) X齒輪毛坯的水平投影面積； 步驟4中，以2?5MPa/S的增壓速度逐步增壓至設(shè)定的系統(tǒng)壓力。
【文檔編號】B22D25/02GK104107897SQ201310132120
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年4月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月16日
【發(fā)明者】杜占軍, 邢書明 申請人:北京時代銳智科技有限公司