[發(fā)明專利]復合齒輪擠壓模具

有效

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• 申請日: 2016-05-13
• 公開（公告）號: CN105710151B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發(fā)明（設計）人: 王曉溪;張翔;于瓊;孫興;莊永鵬;肖旭
• 申請（專利權）人: 徐州工程學院
• 主分類號: B21C25/08
• 分類號: B21C25/08;B21C29/04;B29C45/26;B29C45/14
• 代理公司: 南京知識律師事務所32207
• 代理人: 高桂珍

技術領域

本發(fā)明涉及金屬塑性加工的擠壓技術領域，尤其是一種金屬與塑料一體成型的復合齒輪擠壓模具。

背景技術

齒輪是一種典型的傳動零件，傳統(tǒng)的齒輪生產方法主要包括切削加工和塑性成形加工兩大類，但現(xiàn)有的工業(yè)生產仍然以切削加工為主。這種去除多余金屬材料的“減材”齒輪加工方法存在很多缺點，如加工工序復雜、設備占用多、材料利用率低；且由于金屬纖維在切削加工過程中被切斷，使得所生產齒輪的可靠性及耐用性大打折扣，嚴重影響了產品的質量性能。

近年來，精密塑性成形因其具有加工效率高、材料利用率高、產品性能好等優(yōu)點已成為國內外研究的重點。精密塑性成形的零件，其金屬流線沿零件輪廓連續(xù)分布，材料組織結構與產品綜合性能更好。目前，齒輪精密塑性成形方法主要有精鍛、擠壓、精沖、軋制、擺碾等。其中，以精鍛齒輪和擠壓齒輪較為常見。

為獲得表面質好、尺寸精度髙的產品，齒輪一般采用冷擠壓成形齒輪冷擠壓可以分為正擠壓和減徑擠壓兩種。正擠齒是對圓柱坯料直接進行擠壓形成齒輪外形，以取代滾齒和插齒。減徑擠壓，也叫冷擠壓精整，是對粗加工的齒坯（即經過滾、插半成品齒輪）于熱處理前進行的擠壓，以取代現(xiàn)行的剃齒。

雖然齒輪冷擠壓優(yōu)點明顯，但目前常規(guī)的冷擠壓工藝，材料變形抗力大、晶粒細化能力弱，成形的齒輪整體性能不高。而細化晶粒是提高金屬材料綜合性能最有效的途徑之一。近年來，大塑性變形法因其具有強烈的晶粒細化能力和對金屬結構材料強韌化的巨大改性作用而受到了材料科學界的高度重視和深入研究。等通道轉角擠壓是大塑性變形法中最具代表性且發(fā)展最為迅速的一種先進技術，其原理是將變形坯料壓入一個特別設計的模具中以實現(xiàn)大塑性變形的剪切變形工藝。通過模具通道轉角處近乎純剪切的作用，使晶粒得到顯著細化，從而有效改善材料的機械和物理性能。

然而，與大塑性變形理論迅速發(fā)展不相匹配的是，目前該技術的工業(yè)化應用極其有限，至今尚未看到采用等通道轉角擠壓工藝進行齒輪成形及性能提升的相關報道。如何將等通道轉角擠壓工藝大規(guī)模地應用于實際工業(yè)生產，直接成形出工業(yè)零部件，一直是困擾該工藝發(fā)展的一大現(xiàn)實問題。同時，將傳統(tǒng)金屬材料與塑料制品相結合，也是實現(xiàn)機械產品輕量化設計的一個重要環(huán)節(jié)。

因此，確有必要對傳統(tǒng)等通道轉角擠壓模具結構進行改進，以克服上述加工過程中的缺點，最終實現(xiàn)復合齒輪的一次成形，進而擴大等通道轉角擠壓法的應用范圍和適用對象，將其直接用于實際工業(yè)生產過程。

發(fā)明內容

為了克服常規(guī)冷擠壓工藝材料晶粒細化能力不強、成形齒輪性能不高等不足，本發(fā)明提供一種復合齒輪擠壓模具；該復合齒輪擠壓模具實現(xiàn)了“兩種材料，一次放料，連續(xù)擠壓，多次變形，近凈成形”的目的，有效克服了傳統(tǒng)等通道轉角擠壓工藝難以實現(xiàn)工業(yè)化應用的瓶頸，大幅提高了齒輪成形的效率和材料的利用率，具有復合、簡單、高效、易控的優(yōu)點。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：復合齒輪擠壓模具，包括：壓力機下工作臺、下模板、加熱套、模套、螺栓、支撐環(huán)、加熱環(huán)、復合芯軸、定位銷、下電磁吸環(huán)、接頭、控制線、上電磁吸盤、復合沖頭、上模固定板、上模板、入口通道、擠壓減徑模口、轉角通道、凹模、出口通道、切割機，注塑減徑模口，注塑機，萬向輪，冷卻擋板，注塑頭；復合齒輪擠壓模具有一個錐度體凹模，凹模內部有一個“L”形的變形通道；變形通道的內部匹配設置有復合芯軸；復合芯軸外部順序設有入口通道、擠壓減徑模口、轉角通道、支撐環(huán)和出口通道；支撐環(huán)套裝在復合芯軸上；入口通道截面為光滑圓形，通過擠壓減徑模口后，通道截面為齒輪齒形，轉角通道處轉角為90°。

復合芯軸內部設置有加熱環(huán)，加熱環(huán)經過入口通道、擠壓減徑模口和轉角通道，并延伸至出口通道中部，加熱環(huán)頂端通過接頭與復合沖頭內部設置的控制線連接，控制線接通電源后，加熱環(huán)通過接觸式傳導的熱傳遞方式，能夠根據(jù)材料特性及工藝溫度要求為主要的幾個變形區(qū)域從內部進行有效、快速的加熱及保溫；復合芯軸頂部安裝有下電磁吸環(huán)，與安裝在復合沖頭內部頂端的上電磁吸盤配合使用，可以在工作時為復合芯軸提供向上拉力，保證擠壓順利進行。

凹模嵌入帶有吻合錐度的模套中，模套的外圍包圍裝有加熱套，在凹模上方匹配設有復合沖頭，復合沖頭頂部鑲嵌在上模固定板中，上模固定板的頂部與上模板相連接，凹模通過底板螺栓固定在下模板上，下模板通過螺栓固定在壓力機下工作臺上。