專利名稱：汽車后橋從動螺旋齒輪齒形的成形方法及模具的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到一種能對擴孔后的汽車后橋從動齒輪坯件(以下簡稱坯件)進行螺
旋齒輪齒形成形的方法和模具，能取代從動螺旋齒初切加工，改善金屬纖維方向，并能有效提高齒輪的彎曲疲勞強度、齒面接觸疲勞強度與耐磨性，減少原材料消耗。
背景技術：
汽車后橋從動螺旋齒輪(如圖2所示)是汽車后橋主減速箱傳遞動力的關鍵零件之一，目前，主要生產過程為鐓粗一沖孔一沖連皮一整形一擴孔一初精車坯一初切螺旋齒一精切(磨削)螺旋齒，存在缺點有加工效率低，成本高，工藝過程復雜；切削加工破壞了金屬的纖維組織，因而齒輪的彎曲疲勞強度、齒面接觸疲勞強度與耐磨性較低，使用壽命短，縮短了車輛的大修周期；材料的利用率低，< 40%，材料損耗大；設備投資大，用切削方法生產，一條生產線至少需要五臺螺旋銑齒機床，引進1臺數控螺旋銑齒機床需要30 50萬美元，即使采用國產螺旋銑齒機，也需120 250萬元人民幣。 對于從動螺旋齒輪齒形成形方法有一些研究，主要方法是1、擴孔后利用壓力機對其進行齒形成形；2、利用擺輾機進行齒形成形。第1種方法成形所需設備噸位大(2000噸以上壓力機)，設備造價高。第2種方法成形為金屬局部累積成形，所需設備噸位為第1種的1/5 1/15，能進行齒形成形，但是，擺輾力為偏心載荷，要求設備能承受偏心載荷，對設備結構要求高，設備造價高，而且，擺輾整形是熱成形(坯件溫度在900。以上)，擺動球形鏈壽命較低，設備維修保養(yǎng)費用較高；3、發(fā)明人對雙錐軋輥軋制螺旋齒齒形過程進行了模擬(仿真)研究，但是，未提出具體方法，也未給出模具結構。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種對稱雙輥軋制整形擴孔后的后橋從動輪壞件進行螺旋齒齒形成形的方法和模具，以取代初切螺旋齒形工藝，節(jié)約原材料，提高加工效率，并且所需設備結構簡單。
本發(fā)明解決其技術問題采用以下的技術方案 本發(fā)明提供的汽車后橋從動螺旋齒輪齒形的成形方法是采用包括以下步驟的方法 (1)制備從動螺旋齒輪坯的半成品 經過鐓粗、沖孔、沖連皮、整形和擴孔工藝過程制造坯件，所制坯件為從動螺旋齒輪坯的半成品，該坯件的外錐度不變，內錐錐度為O，外圓直徑在從動螺旋齒輪坯的基礎上減少3mm，內圓直徑在從動螺旋齒輪坯的基礎上增加2mm，在保持體積相等的原則下，計算出高度尺寸； (2)將所制造的坯件放入成形模具型腔中，該模具中的模芯外圓尺寸與形狀與從動螺旋齒輪坯的內圓尺寸與形狀相同，利用模具的模芯定位，即將坯料在內孔套在模芯的外圓上；
(3)模具的上模為錐軋輥，該錐軋輥在軋輥軸、主軸、變速箱的帶動下圍繞主軸軸心線旋轉，其為公轉，錐軋輥輾壓機滑塊在主油缸的作用力下向上運動，帶動下模及坯件向上運動，當坯件上表面接觸到錐軋輥時，該錐軋輥在坯件磨擦力的作用下自轉，在底模、模芯向上擠壓及錐軋輥既公轉又自轉的聯合作用下實現對坯件軋制變形；隨著下模上移，錐軋輥同時對坯件的平端面和背錐面進行擠壓，而且使凹模相對于坯件向下運動，促使金屬向底模齒形部分移動，以充滿齒形； 經過上述步驟，完成汽車后橋從動齒輪齒形的成形。 本發(fā)明提供的實現上述方法的成形模具，包括上模和下模，其中 上模的結構為一種對稱雙錐軋輥，其錐頂角為90° ;兩個錐軋輥以設備主軸軸線
為對稱軸，錐軋輥軸線與設備軸線同在1個平面，兩個錐軋輥軸線之間的夾角為90° ，兩個
錐軋輥頂部加工有六方臺階；錐軋輥安裝在軋輥軸上，2個軋輥軸軸心線5與主軸軸心線在
同一平面內，沿此平面剖視2個錐軋輥所形成的型腔形狀及尺寸與從動螺旋齒輪坯平端面
和背錐面形狀及尺寸一致； 下模的結構由凹模、底模及模芯組成；模芯上半部分形狀及尺寸與從動螺旋齒輪坯內圓形狀及尺寸一致，下端面加工一個正六方形臺階；底模是一個環(huán)形結構，內孔是圓形，內孔可沿模芯外圓上下滑動，底模上端加工有螺旋齒齒形型腔，外圓中間部分為圓形，其外徑與從動螺旋齒輪坯最大外徑相等，下端加工有一個六方形，此六方形是保證凹模在成形過程中不發(fā)生轉動；在凹模的底部安裝有蝶簧，在蝶簧彈性力的作用下，凹模相對于底模及模芯向上運動。 本發(fā)明與現有技術相比具有以下主要的優(yōu)點 其一 .本方法利用局部累積軸向軋制累積成形法及模具，對擴孔后的坯件實行軸
向軋制整形，因此，能夠取代初切螺旋齒形工藝，有效地消除坯件存在的缺陷，有效節(jié)約原
材料，提高了加工效率，減小了從動螺旋齒輪設備投資，改善了金屬的纖維組織。 其二.由于能夠有效地消除坯件存在的缺陷，因此，能夠有效地對汽車后橋從動
齒輪坯進行整形。 其三.在消除坯件存在的缺陷過程中，由于是局部累積變形，因此，所需要的設備荷載小。而且由于軋制力對稱分布，不存在偏心載荷，因此所需要的設備結構簡單，并且沒有球形鏈，使用壽命長。 其四.所提供的模具其上模為一對對稱的錐軋輥，下模為彈性浮動模，錐軋輥在繞對稱軸旋轉的同時繞自軸轉動，實現對被成形件的軸向軋制累積變形，因此所需的變形力小，模具壽命長，在軋制過程中，下模在彈性力的作用下，與錐軋輥形成封閉型腔，因此上下模之間不產生飛邊，不需要切邊工序，而且節(jié)約原材料。 總之，本發(fā)明能夠有效地成形從動螺旋齒輪齒形，能夠采用較小載荷、相對簡單的設備對汽車后橋從動齒輪坯進行有效地成形，節(jié)約原材料30%以上。例如，成形外徑為246mm的從動螺旋齒輪，所需載荷設備載荷為400噸，而用普通設備需4000噸以上設備；用原初切螺旋齒工藝，需鋼材約8公斤，而利用本發(fā)明對從動螺旋齒輪齒形進行成形，所需鋼材少于6公斤。


圖1是本發(fā)明模具總圖縱剖面圖。圖2是本發(fā)明從動螺旋齒輪縱剖面圖。圖3是本發(fā)明擴孔件縱剖面圖。圖4是本發(fā)明坯件及模具開始接觸縱剖面圖。圖5是本發(fā)明齒形充滿模具型腔縱剖面圖。圖6是本發(fā)明錐軋輥組件構造圖。圖7是圖6中A向視圖。圖8是本發(fā)明模芯構造圖。圖9是圖8中A向視圖。圖io是本發(fā)明底模構造圖。圖11是本發(fā)明整形模墊板構造圖。圖12是圖11中B-B剖視圖。圖中1.變速箱；2.主軸軸心線；3.主軸；4.拉桿；5.軋輥軸心線；6.軋輥軸
7.軸承；8.加強板；9.第一內六角螺栓；10.壓圈；11.第二內六角螺栓；12.錐軋輥；13.凹 模；14.螺栓；15.法蘭；16.墊板；17.底模；18.蝶簧；19.模芯；20.堅固螺栓；21.下模座； 22.頂桿；23.滑塊；24.鍵；25.頂料板；26.頂料液壓缸；27.主油缸；28.坯件；29.已成
形的從動螺旋齒輪；30.螺旋齒齒形；31.錐軋輥六方臺；32.模芯六方臺；33.螺旋齒齒形 型腔；34.小六方凹坑；35.六方導向槽；36.大六方凹坑。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明不僅僅局限于下面的實施例。
—.汽車后橋從動螺旋齒輪齒形的成形方法
該成形方法采用包括以下步驟的方法
(1)制備從動螺旋齒輪坯的半成品 經過鐓粗一沖孔一沖連皮一整形一擴孔工藝過程制造坯件28 (見圖3、圖4)，所 制坯件形狀與從動螺旋齒輪坯(如圖2所示)形狀相似。該坯件的外錐度(A1、A2)基本 不變，內錐A3變?yōu)镺，外圓直徑在從動螺旋齒輪坯的基礎上減少3mm(即將從動螺旋齒輪 (圖2)中的特征為外徑尺寸D1、D2、D3減小3mm)，內圓直徑在從動螺旋齒輪坯的基礎上增 加2mm(S卩將內徑尺寸dl、d2、d3、d4縮小2mm)。在保持體積相等的原則下，計算出高度尺 寸，即將擴孔件的高度Hl、 H2、 H3、 H4分別變?yōu)镠l+B、 H2+B、 H3+B、 H4+B，其它尺寸不變，擴 孔件如圖3所示。 (2)將所制造的坯件放入成形模具型腔中(圖1)，進行齒形成形，齒形成形后的狀 態(tài)如圖5所示。該模具中的模芯19外圓尺寸與形狀與從動螺旋齒輪坯的內圓尺寸與形狀 相同，利用模具的模芯19定位，即將坯料在內孔套在模芯19的外圓上。
(3)如圖3所示，上模為一對錐軋輥12，錐軋輥12在軋輥軸6、主軸3、變速箱1的 帶動下圍繞軋輥軸心線5旋轉(以下簡稱公轉)，滑塊23在主油缸27的作用力下向上運 動，帶動下模(下模由底模17、模芯19、凹模13組成)及坯件28向上運動，當坯件28上表 面接觸到錐軋輥12時(如圖4所示位置)，錐軋輥12在坯件28磨擦力的作用下自轉，在底模17、模芯19向上擠壓及錐軋輥12既公轉又自轉的聯合作用下實現對坯件28軋制變 形。錐軋輥12軋制面為從動螺旋齒平端面和背錐面，即圖1中的外圓D3與內圓d3之間的 平面及錐度為A1的背錐面，因此上模、下模的分型面選擇為接近齒形大端齒根處。隨著下 模上移，錐軋輥同時對坯件的平端面和背錐面進行擠壓，而且使凹模13相對與下坯件向下 運動，促使金屬向底模齒形部分移動，以充滿齒形(圖5)。
經過上述步驟，完成汽車后橋從動齒輪齒形的成形。
二.汽車后橋從動螺旋齒輪齒形的成形模具
該成形模具的結構如圖1所示包括上模和下模。 上模的結構為一種對稱的雙錐軋輥12，如圖6和圖7所示錐軋輥錐頂角為 90° ，兩個錐軋輥以設備主軸軸線為對稱軸，錐軋輥軸線與設備軸線同在l個平面，錐軋輥 軸線之間的夾角為90° ，錐軋輥頂部加工有錐輥正六臺階31，此六方臺既作為保證錐軋輥 軸線與錐軋輥軸軸線同心之用，又作為防止錐軋輥軸與錐軋輥之間產生相對轉動。錐軋輥 安裝在軋輥軸上，兩個錐軋輥軸心線5與主軸軸心線在同一平面內，沿此平面剖視兩個錐 軋輥所形成的型腔形狀及尺寸與從動螺旋齒輪坯平端面和背錐面形狀及尺寸一致。
下模的結構由凹模13、底模17及模芯19組成。 模芯19的結構如圖8和圖9所示其上半部分形狀及尺寸與從動螺旋齒輪坯內圓 形狀及尺寸一致，下端面加工一個模芯六方臺32 (六方凸臺)，此六方臺既作為保證模芯19 軸線與主軸軸心線2同心之用，又作為防止模芯19與下模座21之間產生相對轉動。
底模17的結構如圖10所示:底模是一個環(huán)形結構，其內孔是圓形，內孔可沿模芯外圓 上下滑動，上端加工有螺旋齒齒形型腔33，外圓中間部分為圓形，其外徑與從動螺旋齒輪坯最 大外徑相等，下端加工有一個六方形，此六方形是保證凹模13在成形過程中不發(fā)生轉動。凹模 底部安裝有蝶簧18 (圖1)，彈性力變化范圍為0至400kN，凹模接觸錐軋輥之前(圖4所示狀態(tài) 之前)為O，成形終了瞬間(圖5所示瞬間)為400kN，在彈性力的作用下，凹模13可相對于底 模17及模芯19向上運動，在成形過程之中，凹模13相對于底模17及模芯19向下運動。
下面結合附圖對其它沒有敘述的部件和有關部件進行描述。 兩個錐軋輥12(左右對稱)通過加強板8、壓圈10、拉桿4、第一內六角螺栓9、第 二內六角螺栓11等固定在軋輥軸6上，軋輥軸可在軸承7的軸承座中旋轉。錐軋輥12 (圖 6)，在其上端加工出高為hl的六方臺，正六方邊對邊距離為Ll，此六方臺裝入加強板8中的 正六方凹坑中，以保證錐軋輥12與軋輥軸6組件之間對中心，并且防止它們之間發(fā)生相對 轉動和相對滑動。用緊固螺栓20將下模座21固定在滑塊23上，在下模座與滑塊之間安裝 4個對稱排列的鍵24，以防止下模座相對滑塊23轉動。用螺栓14及法蘭15將墊板16壓 裝在下模座21上。在墊板16(圖ll和圖12)上制作有6個蝶簧座，并制作有用于安裝小 六方形凹坑34，小六方形凹坑34深為h3 (7 10mm)，邊對邊距離為L2，以保證模芯19對中 心，并且防止模芯19轉動；在墊板16上還制作有六方導向槽35，其高為h5 (大于頂料高度 5 10mm)，邊對邊的距離L3根據已成形的從動螺旋齒輪29最大外徑確定， 一般小于從動 螺旋齒輪29最大外徑的10 20mm，此六方導向槽35的作用是保證底模17在其中滑動且 防止底模17轉動；另外，在墊板16中還制作有深為h4，邊對邊尺寸為L4的六方坑，其作用 是保證凹模13在其中上下浮動，并防止凹模13轉動；利用螺栓14及法蘭15將凹模13裝 在墊板16上，凹模13(圖11)底部制作有正六方體，邊與邊尺寸為L4，此正六方體裝入墊板16的大正六方凹坑36中，并經墊板16大六方凹坑36的導向上下滑動，滑動距離為h，h大 于坯件(圖2)高與已成形螺旋齒輪高(圖3)之差，即h〉B，凹模13型腔尺寸Dl、H3與從 動輪坯件相應尺寸相等；模芯19(圖8)下高為h2的正六方凸臺裝于墊板16的深為h3的 小六方形凹坑中，h2 = h3+3 5mm，利用內六角圓柱頭螺釘將模芯19固定在墊板16上，模 芯19型腔直徑dl、d2、d4等尺寸與從動螺旋齒輪輪(圖3)內圈直徑尺寸相等；底模17(圖 9)的外圈上半部為圓形，其直徑等于從動齒輪坯最大外徑，下半部為六方形，此六方形在墊 板16的正六方凹坑中上下滑動，并防止其轉動。頂料板25裝在錐軋輥輾壓機的頂料液壓 缸26中的活塞頂部上，3個頂桿22裝在下模座21及墊板16三個均布的通孔中。
如圖2所示為從動螺旋齒輪，如圖3所示為擴孔坯件(以下簡稱坯件)。將坯件 28放入到如圖4所示的下模中，在錐軋輥輾壓機主油缸27的作用下，滑塊23向上移動，當 待坯件28上表面接觸到錐軋輥12時，如圖4所示位置時，在摩擦力的作用下，錐軋輥12及 錐軋輥軸6開始自轉，在錐軋輥12既繞主軸軸心線5公轉又繞自軸軸心線自轉，在底模17、 模芯18向上擠壓及錐軋輥6既公轉又自轉的聯合作用下實現對坯件28軋制變形。當坯件 28上表面接觸到錐軋輥時，在碟簧18彈性力的作用下，凹模13向上浮動，使得凹模13上 表面與錐軋輥12接觸，即錐軋輥12與凹模形成封閉型腔，強迫擴孔坯件28在變形過程中， 金屬被封閉在型腔中流動并充填底模17齒形型腔?；瑝K繼續(xù)向上運動，帶動墊板17、模芯 19、底模17及下模座21 —起向上豎直運動，此時錐軋錐軋輥12及凹模13在豎直方向不運 動，在錐軋輥12及凹模13與模芯19、底模12相對作用下，使金屬擠壓變形，充滿錐軋錐5 及凹模13、模芯9、底模12形成的齒形型腔。當坯件充滿型腔，達到所要求的厚度時，如圖5 所示，滑塊快速下行，當達到下極限位時，在頂料液壓缸26的作用下，頂料板25向上運動， 通過3個均布的頂桿22向上頂起底模17，底模頂出已成形從動螺旋齒形成形件29，頂出高 度大于圖2中的H3+H1-H2。
權利要求
一種汽車后橋從動螺旋齒輪齒形的成形模具，包括上模和下模，其特征是上模的結構為一種對稱雙錐軋輥，其錐頂角為90°；兩個錐軋輥以設備主軸軸線為對稱軸，錐軋輥軸線與設備軸線同在1個平面，兩個錐軋輥軸線之間的夾角為90°，兩個錐軋輥頂部加工有六方臺階；錐軋輥安裝在軋輥軸上，兩個軋輥軸軸心線5與主軸軸心線在同一平面內，沿此平面剖視的兩個錐軋輥所形成的型腔形狀及尺寸與從動螺旋齒輪坯平端面和背錐面形狀及尺寸一致；下模的結構主要由凹模(13)、底模(17)及模芯(19)組成；模芯(19)上半部分形狀及尺寸與從動螺旋齒輪坯內圓形狀及尺寸一致，下端面加工一個正六方形臺階；底模(17)是一個環(huán)形結構，內孔是圓形，內孔可沿模芯外圓上下滑動，底模上端加工有螺旋齒齒形型腔(33)，外圓中間部分為圓形，其外徑與從動螺旋齒輪坯最大外徑相等，下端加工有一個六方形，此六方形是保證凹模在成形過程中不發(fā)生轉動；在凹模的底部安裝有蝶簧(18)，在蝶簧彈性力的作用下，凹模(13)相對于底模(17)及模芯(19)向上運動。
2. 根據權利要求1所述的汽車后橋從動螺旋齒輪齒形的成形模具，其特征是兩個錐 軋輥(12)通過加強板(8)、壓圈(10)、拉桿(4)、第一內六角螺栓(9)、第二內六角螺栓(11) 固定在軋輥軸(6)上，軋輥軸可在軸承(7)的軸承座中旋轉。
3. 根據權利要求2所述的汽車后橋從動螺旋齒輪齒形的成形模具，其特征是在加強 板(8)上設有正六方凹坑，在錐軋輥(12)的上端加工有六方凸臺，該六方凸臺與加強板(8) 的正六方凹坑配合相連。
4. 根據權利要求1所述的汽車后橋從動螺旋齒輪齒形的成形模具，其特征是用緊固 螺栓(20)將底模(17)及下模座(21)固定在錐軋輥輾壓機的滑塊(23)上，在下模座與滑 塊之間安裝4個對稱排列的鍵(24)，以防止下模座相對滑塊(23)轉動。
5. 根據權利要求4所述的汽車后橋從動螺旋齒輪齒形的成形模具，其特征是墊板 (16)和與之相連的凹模(13)用螺栓(14)及法蘭(15)壓裝在下模座(21)上。
6. 根據權利要求5所述的汽車后橋從動螺旋齒輪齒形的成形模具，其特征是在墊板 (16)上制作有用于安裝蝶簧(18)的蝶簧座。
7. 根據權利要求5所述的汽車后橋從動螺旋齒輪齒形的成形模具，其特征是在墊板 (16)上制作有六方導向槽，其高大于頂料高度5 10mm，其邊對邊的距離小于已成形的從 動螺旋齒輪(29)最大外徑的10 20mm。
8. 根據權利要求5所述的汽車后橋從動螺旋齒輪齒形的成形模具，其特征是在墊板 (16)中制作有大小不同2個六方坑，凹模(13)底部制成正六方體，此正六方體裝入墊板 (16)的大六方凹坑中體，模芯(19)的六方凸臺裝入墊板(16)的小六方凹坑中，凹模(13) 在大正六方凹坑的導向上下滑動，并防止凹模(13)轉動。
9. 根據權利要求1所述的汽車后橋從動螺旋齒輪齒形的成形模具，其特征是錐軋輥 (6)軋制面為從動螺旋齒輪的螺旋齒平端面和背錐面。
10. —種汽車后橋從動螺旋齒輪齒形的成形方法，其特征是采用權利要求1至9中任一 權利要求所述的成形模具對汽車后橋從動螺旋齒輪齒形進行成形，其步驟包括(1)制備從動螺旋齒輪坯的半成品經過鐓粗、沖孔、沖連皮、整形和擴孔工藝過程制造坯件(28)，所制坯件為從動螺旋齒 輪坯的半成品，該坯件的外錐度不變，內錐錐度為O，外圓直徑在從動螺旋齒輪坯的基礎上減少3mm，內圓直徑在從動螺旋齒輪坯的基礎上增加2mm，在保持體積相等的原則下，計算 出高度尺寸；(2) 將所制造的坯件放入成形模具型腔中，該模具中的模芯(19)外圓尺寸與形狀與從 動螺旋齒輪坯的內圓尺寸與形狀相同，利用模具的模芯(19)定位，即將坯料在內孔套在模 芯(19)的外圓上;(3) 從動螺旋齒輪齒形的成形成形模具的上模為錐軋輥(12)，該錐軋輥在軋輥軸 (6)、主軸(3)、變速箱(1)的帶動下圍繞主軸軸心線(5)旋轉，其為公轉，錐軋輥輾壓機滑塊 (23)在主油缸的作用力下向上運動，帶動下模及坯件(28)向上運動，當坯件上表面接觸到 錐軋輥(12)時，該錐軋輥在坯件(28)磨擦力的作用下自轉，在底模(17)、模芯(19)向上擠 壓及錐軋輥(12)既公轉又自轉的聯合作用下實現對坯件(28)軋制變形；隨著下模上移，錐 軋輥同時對坯件的平端面和背錐面進行擠壓，而且使凹模(13)相對于坯件向下運動，促使 金屬向底模齒形部分移動，以充滿齒形；經過上述步驟，完成汽車后橋從動齒輪齒形的成形。
全文摘要
本發(fā)明涉及汽車后橋從動螺旋齒輪齒形的成形方法和模具。該方法包括制備從動螺旋齒輪的半成品、將所制造的坯件放入成形模具型腔中、從動螺旋齒輪齒形的成形的步驟。該模具包括上模和下模，其中，上模為一種對稱雙錐軋輥，下模由凹模(13)、底模(17)及模芯(19)組成。本發(fā)明能夠有效地成形從動螺旋齒輪齒形，能夠采用較小載荷、相對簡單的設備對汽車后橋從動齒輪坯齒形進行有效地成形，節(jié)約原材料30％以上。例如，成形外徑為246mm的從動螺旋齒輪，所需載荷設備載荷為400噸，而用普通設備需4000噸以上設備；用原初切螺旋齒工藝，需鋼材約8公斤，而利用本發(fā)明對從動螺旋齒輪齒形進行成形，所需鋼材少于6公斤。
文檔編號B21C25/02GK101708526SQ200910273259
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月15日 優(yōu)先權日2009年12月15日
發(fā)明者華林, 朱春東, 韓星會 申請人:武漢理工大學