專利名稱：汽車半軸齒輪連續(xù)局部塑性精成形裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于現(xiàn)代制造技術(shù)中的塑性加工領(lǐng)域，涉及一種金屬楔滾軋和擠壓組合精成形的裝置及工藝的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
汽車半軸齒輪形狀非常復(fù)雜，它的外形是由錐齒輪和臺(tái)階式圓柱體組成，它的內(nèi)形為內(nèi)直齒的滑鍵槽，而且對(duì)加工精度和機(jī)械性能都有很高的要求，現(xiàn)有的加工工藝有的是采用車削制坯，然后刨傘齒輪的直齒和插滑鍵內(nèi)齒的組合機(jī)械加工，也有采用熱鍛成形傘齒輪、插滑鍵內(nèi)齒的組合工藝，但是都存在材料的利用率及加工效率低，而且設(shè)備投資大和機(jī)械性能差的缺點(diǎn)。
技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種既能顯著地提高材料利用率和加工效率，又能改善汽車半軸齒輪的機(jī)械性能，而且設(shè)備投資低，加工精度高的汽車半軸齒輪連續(xù)局部塑性精成形裝置。
本發(fā)明的裝置如下該裝置主要由裝在板壓滾動(dòng)塑性精成形機(jī)(見專利號(hào)ZL95109500.5)上的汽車半軸齒輪楔滾軋制坯裝置和裝在液壓機(jī)上的齒輪擠壓精成形裝置組成。
汽車半軸齒輪楔滾軋制坯是在板壓滾動(dòng)塑性精成形機(jī)上完成的裝在滾壓塑性精成形機(jī)上的上、下模板上設(shè)有根據(jù)齒輪坯料幾何形狀加工的完全相同的反對(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、下壓輥接觸相切，上、下模板隨上、下壓板相對(duì)滑動(dòng)。
汽車半軸齒輪擠壓精成形裝置，是由上裝置、下裝置和氣液彈簧壓力容器組成在上裝置中，上內(nèi)凸模裝在上內(nèi)凸模導(dǎo)向套中，彼此滑動(dòng)配合，上內(nèi)凸模導(dǎo)向套壓蓋由上內(nèi)凸模的上端裝入上內(nèi)凸模，并將其與上內(nèi)凸模導(dǎo)向套固定，上外凸模(凸模的形狀是按汽車半軸齒輪無(wú)錐齒部分的外形設(shè)計(jì)的)由上內(nèi)凸模的下方裝入，而且上外凸模的內(nèi)壁與上內(nèi)凸模的外緣之間為滑動(dòng)配合，將上外凸模與上內(nèi)凸模導(dǎo)向套固定，把凹模(在凹模內(nèi)設(shè)有傘齒輪齒形的型槽)壓入上外凸模預(yù)緊套內(nèi)，再把上外凸模導(dǎo)向套壓入，把上外凸模裝入上外凸模導(dǎo)向套中，彼此為滑動(dòng)配合，再把上內(nèi)凸模裝在上內(nèi)凸模安裝塊中，將其固定后，把上內(nèi)凸模安裝塊固緊在壓機(jī)活動(dòng)橫梁的下方，最后把凹模和上外凸模預(yù)緊套固定在工作臺(tái)上。
在下裝置中，在下凸模的端部為圓錐形，與圓錐形相接的為圓柱形，圓柱的直徑等于汽車半軸內(nèi)滑鍵槽齒頂?shù)闹睆剑c圓柱相接為滑鍵的齒形，在下凸模導(dǎo)向套的內(nèi)側(cè)加工有內(nèi)滑鍵槽，下凸模是由下而上裝在下凸模導(dǎo)向套中，下凸模與下凸模導(dǎo)向套之間滑動(dòng)配合，下凸模的下端與壓機(jī)的頂出缸柱塞固定連接，下凸模導(dǎo)向套固定在工作臺(tái)的下方。
在氣液彈簧缸的壓力容器下部裝有液體油，在容器的上部為壓縮空氣，在壓力容器上設(shè)有壓力傳感器、進(jìn)氣排氣門、調(diào)壓閥，壓力容器的高壓油通過調(diào)壓閥與上裝置的高壓油腔連通。
本發(fā)明的工藝如下根據(jù)汽車半軸齒輪的幾何尺寸，并適當(dāng)考慮氧化耗損、切斷量和機(jī)械加工余量，按照體積不變定律確定汽車半軸齒輪的楔橫軋制坯圖，由楔橫軋制坯圖確定圓棒料的直徑和長(zhǎng)度，先用帶鋸機(jī)下料、中頻感應(yīng)加熱，然后在板壓滾動(dòng)塑性精成形機(jī)上楔滾軋制坯，最后在液壓機(jī)上擠壓精成形。
楔滾軋制坯把加熱到鍛造溫度的圓棒料，由裝在板壓滾動(dòng)塑性精成形機(jī)上、下模板的入口處，開動(dòng)壓機(jī)，在上、下模板相對(duì)滑動(dòng)過程中，棒料便楔滾軋成形，最后切斷成四個(gè)汽車后軸齒輪楔滾軋的坯料，并由上、下模板的出口落入傳送帶或其它接料裝置中，在汽車半軸制坯的楔橫軋過程中，上、下模板的型槽是根據(jù)汽車半軸制坯料幾何尺寸設(shè)計(jì)的，每滾軋一次，先按切入角α確定壓下量h，再滾軋半周并加搭接量k為滾軋步長(zhǎng)K，如第n次的切入角為αn，壓下量為hn，步長(zhǎng)為Kn=[D02-(h1+Λ+hn)]π]]>，然后再經(jīng)半周以上的精滾，最后切斷成汽車半軸齒輪的坯料。
擠壓精成形把經(jīng)過楔滾軋的汽車半軸齒輪坯料放入凹模，開動(dòng)壓機(jī)，活動(dòng)橫梁向下移動(dòng)，而調(diào)壓閥此時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，液壓腔的液體不能被壓縮，所以上外凸模便在上外凸模導(dǎo)套中向下移動(dòng)，汽車半軸的傘齒輪外形及齒形就被擠壓成形，然后啟動(dòng)頂料裝置，隨著頂料缸的柱塞向上移動(dòng)，下凸模便相對(duì)于下凸模導(dǎo)套向上移動(dòng)，凸模對(duì)齒輪坯料進(jìn)行擠壓，便擠出了汽車半軸齒輪的內(nèi)滑鍵槽，并將余料擠入上內(nèi)凸模空腔中，最后開啟調(diào)壓閥，活動(dòng)橫梁在克服壓力容器的高壓氣體彈性變形后，繼續(xù)向下移動(dòng)，上內(nèi)凸模便相對(duì)于上內(nèi)凸模導(dǎo)套下移，把汽車半軸齒輪的圓柱形一端壓力整形。
本發(fā)明的有益效果是1、楔滾軋制坯和擠壓精成形的組合工藝需要的設(shè)備噸位小，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，顯著地提高了材料利用率和生產(chǎn)效率，金屬纖維分布合理，機(jī)械性能高；3、生產(chǎn)流程簡(jiǎn)捷，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；4、無(wú)沖擊、噪聲及其它的環(huán)境危害；5、設(shè)備投資低，對(duì)工人的技術(shù)無(wú)特殊要求；
圖1.1是汽車半軸齒輪的主視圖，圖1.2是圖1.1的側(cè)視圖；圖2.1是楔滾軋單個(gè)齒輪坯的主視圖，圖2.2是4個(gè)齒輪的主視圖；圖3.2是汽車半軸單個(gè)齒輪的主視圖，圖3.1是圖3.2圓柱部分的側(cè)視圖，圖3.3是單個(gè)錐齒的立體圖，圖3.4是圖3.3的橫截面圖；
圖4是汽車半軸齒輪楔橫軋制坯和擠壓精成形的工藝流程圖；圖5.1是汽車半軸齒輪滾壓制坯所用的板壓滾動(dòng)塑性精成形機(jī)的主視圖，圖5.2是圖4.1的側(cè)視圖；圖6.1是本發(fā)明關(guān)于汽車半軸齒輪滾軋制坯棒料入口及模具縱截面圖，圖6.2是本發(fā)明關(guān)于汽車半軸滾軋成形模板縱截面及工件出口圖；圖7.1是對(duì)應(yīng)于圖6.1的A1-A1向模具型槽圖，圖7.2是對(duì)應(yīng)于圖6.1的A2-A2向模具型槽圖，圖7.3是對(duì)應(yīng)于圖6.1的A3-A3向模具型槽圖，圖7.4是對(duì)應(yīng)于圖6.1的A4-A4向模具型槽圖，圖7.5是對(duì)應(yīng)于圖6.1的A5-A5向模具型槽圖；圖8是圖7的B-B向視圖；圖9是楔橫軋模板的型槽俯視圖(上、下模板為完全反對(duì)稱形的)；圖10是本發(fā)明提出的汽車半軸擠壓精成形的壓機(jī)和裝置以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的滾軋制坯和擠壓精成形作進(jìn)一步描述其中1是板壓滾動(dòng)塑性精成形機(jī)的上壓輥，2是上滑動(dòng)壓板，3是上模板，4是模具型腔，5是下模板，6是下滑動(dòng)壓板，7是下壓輥，8是下切斷刀，9是上切斷刀，10是基礎(chǔ)，11是壓機(jī)機(jī)座，12是壓機(jī)立柱，13是壓機(jī)上固定橫梁，14是工作主缸，15是平衡缸，16是活動(dòng)橫梁，17是上內(nèi)凸模安裝塊，18是上內(nèi)凸模，19是上內(nèi)凸模導(dǎo)向套壓蓋，20是上內(nèi)凸模導(dǎo)向套，21是液壓腔，22是上內(nèi)凸?？涨?，23是上外凸模，24是上外凸模導(dǎo)向套，25是預(yù)緊套，26是經(jīng)楔滾軋的齒輪坯，27是凹模型腔，28是凹模，29是壓機(jī)工作臺(tái)，30是下凸模導(dǎo)向套，31是下凸模，32是頂出缸柱塞，33是液壓頂出缸，34是壓力容器，35是調(diào)壓閥，36是液體油，37是壓力傳感器，38是壓縮空氣，39是進(jìn)排氣閥。
本發(fā)明所提出的汽車半軸齒輪擠壓成形工藝和裝置，適用于熱擠壓、溫?cái)D壓和冷擠壓，也適用于熱、溫和冷擠壓的組合擠壓。
實(shí)施例錐齒輪的尺寸參數(shù)為模數(shù)m＝6；齒數(shù)Z1＝24，Z2＝12；齒形角α＝22.5；齒頂高h(yuǎn)a＝3.315；齒全高h(yuǎn)＝10.799；齒寬B＝24；花鍵齒數(shù)n＝8；C1＝30；C2＝10.2；C3＝12.5；D1＝70；D2＝126；D3＝136；D4＝96；D5＝54.716；D6＝47。1. 齒輪體積的計(jì)算(1)單個(gè)齒的體積V1的計(jì)算在梯形ABCD中，由已知條件可以求得Sa＝CD＝8.1828；Sf＝AB＝12.4789；R=m·Z12+Z22/2=80.4984]]>故等腰梯形ABCD的面積A1＝(Sa+Sf)h/2＝111.5631又因?yàn)辇X的小端與大端相似，所以等腰梯形A’B’C’D’的面積A2＝A1(R-B)2/R2＝54.9564所以單個(gè)齒的體積V1=13·A1·R-13·A2·(R-B)=1958.583]]>(2)除齒以外的體積V3計(jì)算A3=2·∫04.5(D524-x2-D624-x2)dx]]>單個(gè)花鍵孔的體積V2＝A3(C1+C2+C3)＝1839.625故不計(jì)齒的錐齒輪的體積為V3=π·D124·C1+π3·[D224+D324+D2·D34]·C2+π3·[D324+D424+D3·D44]·C3]]>-π·D624·(C1+C2+C3)-n·V2=2.8062×105]]>帶內(nèi)花鍵的錐齒輪的總體積V＝Z1·V1+V3＝3.2727×1052.坯料尺寸的確定(1)確定坯料的長(zhǎng)度L0根據(jù)體積不變定律，將帶內(nèi)花鍵孔的錐齒輪轉(zhuǎn)化為不帶花鍵孔的錐齒輪Va=π·D124·X+π·D324·C2+π3·[D324+D424+D3·D44]·C3]]>由坯件1的體積與帶內(nèi)花鍵孔的錐齒輪的體積相等，即V＝Va，可以算得X=4V-π·D32·C2-π3·(D32+D42+D3·D4)·C3π·D12]]>則坯料的長(zhǎng)度(假設(shè)切口尺寸Δ＝3mm)L0＝4·(X+C2+C3)+3·Δ=4·(4V-π·D32·C2-π3·(D32+D42+D3·D4)·C3π·D12+C2+C3)+3·Δ]]>＝147.2818(2)確定坯料的直徑D0設(shè)坯料的直徑為D0，并假設(shè)機(jī)械加工量為總量的6％、熱燒損量為總量的8％。則由體積不變?cè)淼?amp;pi;·D024·L0=4·V·(1+6%+8%)+VΔ]]>=4·V·(1+6%+8%)+Δ·(π·D424+π·D124·2)]]>可以算得D0=16V·(1+6%+8%)+Δ·(π·D42+2·π·D12)π·L0=115.2759]]>3.模板尺寸的確定錐齒輪的加工過程是坯料經(jīng)過幾次進(jìn)給、輥軋之后，達(dá)到預(yù)期的尺寸。然后進(jìn)行整形，最后由切斷刀切斷，整個(gè)加工過程一次完成。在進(jìn)給、輥軋過程中假設(shè)進(jìn)給之前坯料的直徑為D前，輥軋之后坯料的直徑為D后，則每次楔滾軋的長(zhǎng)度為 每次滾軋的步長(zhǎng)為 整形與切斷的步長(zhǎng)為 如果壓下量為4mm，那么經(jīng)過六次進(jìn)給之后達(dá)到坯料的最小直徑D1，根據(jù)以上各式計(jì)算每次進(jìn)給、輥軋對(duì)應(yīng)的模板長(zhǎng)度依次為L(zhǎng)1＝181.07+224.68＝405.75L2＝168.51+207.92＝376.43L3＝155.94+191.17＝347.11L4＝143.37+174.41＝317.78L5＝130.81+157.66＝288.47L6＝118.24+146.61＝264.85L整形＝L切斷＝146.61所以模板的總長(zhǎng)度L＝2293.61，模板的寬度為B＝L0＝147.2818。
權(quán)利要求1.一種汽車半軸齒輪連續(xù)局部塑性精成形裝置，由板壓滾動(dòng)塑性精成形機(jī)組成；其特征是a、裝在滾壓塑性精成形機(jī)的上、下模板上設(shè)有根據(jù)齒輪坯料幾何形狀加工的完全相同的反對(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、下壓輥接觸相切；b、汽車半軸齒輪擠壓精成形裝置，是由上裝置、下裝置和氣液彈簧壓力容器組成在上裝置中，上內(nèi)凸模裝在上內(nèi)凸模導(dǎo)向套中，彼此滑動(dòng)配合，上外凸模的內(nèi)壁與上內(nèi)凸模的外緣之間為滑動(dòng)配合，上外凸模與上內(nèi)凸模導(dǎo)向套固定，把上外凸模裝入上外凸模導(dǎo)向套中，彼此為滑動(dòng)配合，把上內(nèi)凸模裝在上內(nèi)凸模安裝塊中，將其固定，上內(nèi)凸模安裝塊固緊在壓機(jī)活動(dòng)橫梁的下方，凹模和上外凸模預(yù)緊套固定在工作臺(tái)上；在下裝置中，在下凸模的端部為圓錐形，與圓錐形相接的為圓柱形，圓柱的直徑等于汽車半軸內(nèi)滑鍵槽齒頂?shù)闹睆?，與圓柱相接為滑鍵的齒形，在下凸模導(dǎo)向套的內(nèi)側(cè)加工有內(nèi)滑鍵槽，下凸模與下凸模導(dǎo)向套之間滑動(dòng)配合，下凸模的下端與壓機(jī)的頂出缸柱塞固定連接，下凸模導(dǎo)向套固定在工作臺(tái)的下方；在氣液彈簧缸的壓力容器上設(shè)有壓力傳感器、進(jìn)氣排氣門、調(diào)壓閥，壓力容器的高壓油通過調(diào)壓閥與上裝置的高壓油腔連通。
專利摘要一種汽車半軸齒輪連續(xù)局部塑性精成形裝置，涉及一種金屬楔滾軋和擠壓組合精成形的裝置及工藝的改進(jìn)，該裝置主要由裝在板壓滾動(dòng)塑性精成形機(jī)上的汽車半軸齒輪楔滾軋制坯裝置和裝在液壓機(jī)上的齒輪擠壓精成形裝置組成。其優(yōu)點(diǎn)是楔滾軋制坯和擠壓精成形的組合工藝需要的設(shè)備噸位小，并可充分發(fā)揮材料塑性的潛在能力；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；易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；設(shè)備投資低。
文檔編號(hào)B21H5/00GK2531899SQ01251248
公開日2003年1月22日 申請(qǐng)日期2001年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月30日
發(fā)明者宋玉泉 申請(qǐng)人:宋玉泉