一种用于锥齿轮锻造的半闭式模锻模具及锻造方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 106001358 A(43)申请公布日 2016.10.12

(21)申请号 201610327748.1(22)申请日 2016.05.17

(71)申请人 山东大学

地址 250061 山东省济南市历下区经十路

17923号

申请人 华中科技大学(72)发明人 赵新海　刘丹丹　吴向红　徐洪强　

王新云　王星会　宋立彬　郑超　栾贻国　(74)专利代理机构 济南圣达知识产权代理有限

公司 37221

代理人 赵妍(51)Int.Cl.

B21J 13/02(2006.01)B21J 5/02(2006.01)

权利要求书1页 说明书4页 附图2页

B21K 1/30(2006.01)

CN 106001358 A(54)发明名称

一种用于锥齿轮锻造的半闭式模锻模具及锻造方法(57)摘要

本发明公开了一种用于锥齿轮锻造的半闭式模锻模具及锻造方法，包括齿形模、上冲头、背锥模和下冲头，其中，齿形模与上冲头配合安装，背锥模与下冲头配合安装；齿形模与背锥模配合形成的封闭的空间包括型腔和位于齿形模大端部位的分流结构，该分流结构与型腔相通，为狭窄的间隙；锻造锥齿轮时，坯料在上冲头作用下，首先填充满型腔，然后压入分流结构，保证了齿形的填充饱满度。模具采用半闭式模锻结构，即背锥模和齿形模闭合形成一个封闭的型腔，但是在大端齿顶部位设计了分流结构，以便于型腔更容易充满，同时避免产生过大的成形力。

CN 106001358 A

权　利　要　求　书

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1.一种用于锥齿轮锻造的半闭式模锻模具，其特征在于：包括齿形模、上冲头、背锥模和下冲头，其中，齿形模与上冲头配合安装，背锥模与下冲头配合安装；齿形模与背锥模配合形成的封闭的空间包括型腔和位于齿形模大端部位的分流结构，该分流结构与型腔相通，为狭窄的间隙；锻造锥齿轮时，坯料在上冲头和下冲头作用下，首先填充满型腔，然后压入分流结构，保证了齿形的填充饱满度。

2.根据权利要求1所述的半闭式模锻模具，其特征在于：所述齿形模安装在上模座上，背锥模安装在下模座上，上模座在第一动力装置的作用下作靠近或远离下模座的运动。

3.根据权利要求2所述的半闭式模锻模具，其特征在于：所述上模座内置有液压缸，液压缸与所述上冲头连接。

4.根据权利要求3所述的半闭式模锻模具，其特征在于：还包括控制系统，控制系统分别与所述液压缸和第一动力装置连接，控制液压缸与第一动力装置同时动作。

5.根据权利要求2所述的半闭式模锻模具，其特征在于：所述上模座与下模座之间连接有导向结构，上模座在导向结构的作用下定向运动。

6.根据权利要求5所述的半闭式模锻模具，其特征在于：所述导向结构为导向杆，导向杆的下端固定在下模座上，导向杆的上端与上模座之间活动安装。

7.根据权利要求6所述的半闭式模锻模具，其特征在于：所述导向杆的外表面光滑设置。

8.一种用于锥齿轮锻造的模锻模具，其特征在于：包括控制系统、齿形模、上冲头、背锥模、下冲头、齿形模动力装置和上冲头动力装置，其中，齿形模与上冲头配合安装，背锥模与下冲头配合安装；齿形模与齿形模动力装置连接，上冲头与上冲头动力装置连接，控制系统分别与齿形模动力装置和上冲头动力装置连接；锻造挤压时，控制系统控制齿形模和上冲头同时发生挤压运动。

9.根据权利要求8所述的模锻模具，其特征在于：所述齿形模动力装置为压力机，所述上冲头动力装置为液压缸。

10.一种模锻模具的锻造方法，其特征在于：包括如下步骤：1)将模具的各个部件进行组装；

2)将加热好的毛坯放入预热后的模具中；3)控制齿形模和上冲头同时下行，直到齿形模与背锥模形成一个封闭的空间；4)上冲头和下冲头相对挤压坯料，完成型腔的填充；5)成形结束后，齿形模回程，锻件由下冲头顶出，上冲头和下冲头分别回程。

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一种用于锥齿轮锻造的半闭式模锻模具及锻造方法

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技术领域

[0001]本发明涉及到一种用于锥齿轮锻造的半闭式模锻模具及锻造方法，属于模具设计技术领域。

背景技术

[0002]随着塑性成形技术的发展，采用塑性成形的方法完成齿轮的加工得到了广泛的应用。传统的齿轮成形方法已逐渐地由冷锻、温锻、热锻等精密成形工艺所代替。虽然齿轮精锻技术经过60多年的发展已经比较成熟，但是仍然存在齿形填充不饱满、齿轮精度低、成形力高等问题。

[0003]开式模锻可以保证齿形填充饱满，同时成形力低，但是由于毛边的存在，开式模锻需要更多的材料，在材料较多的情况下才能保证锻件的完整性和准确性。[0004]闭式模锻为无飞边模锻，一般在锻造过程中上模与下模的间隙不变，坯料在四周封闭的模膛中成型，不产生横向飞边，少量的多余材料形成纵向飞刺，飞刺在后续工序中除去。所以闭式模锻的材料利用率高，但是由于坯料在四周封闭的模膛中成型，容易出现齿形填充不饱满、齿轮精度低、成形力高等问题。

[0005]传统的闭式模锻模具的运动一般为齿形模先下行，直到与背锥模接触形成封闭的空间，然后上下冲头相对挤压充填型腔，这种运动模式容易使上冲头与齿形模之间形成较大的间隙，在上冲头的压力作用下，材料容易进入上冲头与齿形模之间的间隙中，使锥齿轮锻件产生缺陷，同时，这种运动方式，在上冲头挤压时，在锥齿轮上表面产生折叠缺陷，造成锥齿轮的精度偏低、组织均匀性较差、金属流线不平滑以及较多缺陷的弊端。发明内容

[0006]为了解决现有技术中存在的以上技术问题，本发明提供一种用于锥齿轮锻造的半闭式模锻模具及锻造方法，该模锻模具和锻造方法克服了传统的开式模锻和闭式模锻的弊端，有利于金属填充型腔、降低成形力和成形缺陷、提高锻件精度和材料利用率。[0007]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：[0008]一种用于锥齿轮锻造的半闭式模锻模具，包括齿形模、上冲头、背锥模和下冲头，其中，齿形模与上冲头配合安装，背锥模与下冲头配合安装；齿形模与背锥模配合形成的封闭的空间包括型腔和位于齿形模大端部位的分流结构，该分流结构与型腔相通，为狭窄的间隙；锻造锥齿轮时，坯料在上冲头和下冲头作用下，首先填充满型腔，然后压入分流结构，保证了齿形的填充饱满度。

[0009]坯料在上冲头的作用下，被压入分流结构中，在压入分流结构的过程中，坯料已经填充满型腔，保证了齿形的填充饱满度。[0010]设置分流结构，降低了对下料的精度要求，使得多余坯料流入分流部位，从而避免了因下料偏多而导致金属在封闭的型腔内发生折叠的现象，因而可以提高齿轮的精度。[0011]半闭式模具结构较闭式结构而言，增设了分流结构，为金属提供了更好的流动条

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件，提供了多余金属的容纳空间，可以有效的减小成形最后阶段的变形力，因此可以降低成形力。

[0012]优选的，所述齿形模安装在上模座上，背锥模安装在下模座上，上模座在第一动力装置的作用下做靠近或远离下模座的运动。[0013]进一步优选的，所述上模座内置有液压缸，液压缸与所述上冲头连接。[0014]更进一步优选的，上述半闭式模锻模具还包括控制系统，控制系统分别与所述液压缸和第一动力装置连接，控制液压缸与第一动力装置同时动作。[0015]进一步优选的，所述上模座与下模座之间连接有导向结构，上模座在导向结构的作用下定向运动。

[0016]更进一步优选的，所述导向结构为导向杆，导向杆的下端固定在下模座上，导向杆的上端与上模座之间活动安装。[0017]优选的，所述导向杆的外表面光滑设置。[0018]一种用于锥齿轮锻造的模锻模具，包括控制系统、齿形模、上冲头、背锥模、下冲头、齿形模动力装置和上冲头动力装置，其中，齿形模与上冲头配合安装，背锥模与下冲头配合安装；齿形模与齿形模动力装置连接，上冲头与上冲头动力装置连接，控制系统分别与齿形模动力装置和上冲头动力装置连接；锻造挤压时，控制系统控制齿形模和上冲头同时发生挤压运动。[0019]优选的，所述齿形模动力装置为压力机，所述上冲头动力装置为液压缸。[0020]上述模锻模具的锻造方法，包括如下步骤：[0021]1)将模具的各个部件进行组装；

[0022]2)将加热好的毛坯放入预热后的模具中；[0023]3)控制齿形模和上冲头同时下行，直到齿形模与背锥模形成一个封闭的空间；[0024]4)上冲头和下冲头相对挤压坯料，完成型腔的填充；[0025]5)成形结束后，齿形模回程，锻件由下冲头顶出，上冲头和下冲头分别回程。[0026]本发明的有益效果为：

[0027]模具采用半闭式模锻结构，即背锥模和齿形模闭合形成一个封闭的型腔，但是在

型腔更容易充满，同时避免产生过大的成形力；大端齿顶部位设计了分流结构，

[0028]模具的运动采用齿形模和上冲头同时下行，相对于传统的闭式模锻中齿形模先行上冲头后行的运动，该运动阻止了金属流入齿形模和上冲头形成的空隙，从而避免了上冲头挤压时在锥齿轮上表面产生的折叠缺陷，同时有利于金属流入型腔，最终获得精度较高，金属流线更平滑，组织较均匀的锥齿轮锻件。附图说明

[0029]图1为本发明的双向挤压半闭式模锻模具结构示意图；[0030]图2a为本发明的型腔结构示意图；

[0031]图2b为传统的全闭式模具型腔的结构示意图；

[0032]图3a为本发明的上冲头和上凹模同时下行时的金属流动情况示意图；[0033]图3b为上凹模先行，下冲头后行时的金属流动情况示意图。[0034]其中，1、上模座；2、液压缸；3、上冲头；4、上模压板；5、齿形模；6、背锥模；7、导向

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杆；8、下模压板；9、下冲头；10、下顶杆；11、上模固定板；12、导套；13、坯料；14、螺钉；15、下模固定板；16、下模座；17、分流结构。具体实施方式

[0035]下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。[0036]如图1和图2a所示，一种用于锥齿轮锻造的半闭式模锻模具，包括齿形模5、上冲头3、背锥模6和下冲头9，其中，齿形模5与上冲头3配合安装，背锥模6与下冲头9配合安装；齿形模5与背锥模6配合形成的封闭的空间包括型腔和位于型腔大端齿顶部位的分流结构17，该分流结构17与型腔相通，为狭窄的间隙；锻造锥齿轮时，坯料在上冲头3作用下，首先填充满型腔，然后压入分流结构17，保证了齿形的填充饱满度。[0037]相比图2b的传统的全闭式模具型腔，上冲头3在挤压坯料的过程中，由于型腔是完全封闭的，型腔内的空气在压缩过程中，压力会迅速增大，增大了成形力，而且在型腔的齿形顶端部位往往会因为空气的存在导致齿形填充不饱满。[0038]可见，分流结构17的存在可以将空气导入到分流结构17的间隙中，可以使坯料完全充满型腔。

[0039]齿形模5通过上模固定板11和上模压板4安装在上模座1上，上模固定板11与上模压板4之间通过螺钉14进行安装固定。齿形模5的中部留有通孔，上冲头3安装在通孔内，上冲头3的外壁与通孔的内壁贴合设置，可减小上冲头3与齿形模5之间的间隙，提高坯料加工的精密度。上模座1内置有液压缸2，液压缸2与上冲头3连接，控制上冲头3的运动。[0040]背锥模6通过下模压板8和下模固定板15安装在下模座16上，背锥模6的中部留有通孔，下冲头9安装在通孔内，下冲头9的外壁与通孔的内壁之间贴合设置，下冲头9的下端连接有下顶杆10，下顶杆10与动力装置连接，为下冲头9的挤压运动提供动力，下模压板8与下模固定板15之间通过螺钉14进行安装固定。[0041]上述半闭式模锻模具还包括控制系统，控制系统分别与所述液压缸2和第一动力装置连接，控制液压缸2与第一动力装置同时动作，第一动力装置可以为压力机，对上模座1施加压力，使上模座1发生向下的运动。

[0042]上模座1与下模座16之间还可以连接有导向结构，上模座1在导向结构的作用下定向运动。导向结构为导向杆7，导向杆7的下端固定在下模座16上，导向杆7的上端与上模座1之间活动安装，可以在上模座1上设置通孔，导向杆7的上端穿过通孔，与通孔之间活动配合；也可以在上模座1的下表面设置导套12，将导向杆7的上端插入导套12内，导套12为下端开口的桶状结构，导套12的内壁与导向杆7的外壁均光滑设置，使导向杆7可以沿着导套12小阻力运动。

[0043]图3a为上冲头和上凹模同时下行时金属的填充情况，与之比较，图3b为传统的上凹模先行上冲头后行时金属的填充情况，后者的运动方式使得金属流入上冲头和上凹模形成的间隙，并在上端面产生圆圈所圈出的折叠缺陷。

[0044]以下结合附图对本发明的工作原理作详细说明。[0045]使用时，先将上模座1和下模座16对应安装在液压机的模架上，用十字键定位后再用压板紧固；然后预热模具。坯料13在中频感应炉中加热后放入加热好的模具中均热5分钟。压力机带动齿形模5下行同时液压缸2驱动上冲头3下行，直到齿形模5和背锥模6形成一

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个封闭的空间。然后，上冲头3和下冲头9相对挤压坯料完成整个型腔的填充过程。成形结束后，上模回程，锥齿轮锻件由上冲头3顶出后，上冲头3和下冲头9分别回程，回复到模具在锻造前的状态。再放入毛坯13，重复以上过程。

[0046]上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

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图1

图2b

图2a

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说　明　书　附　图

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图3a

图3b

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