技术领域

本发明涉及模具技术领域，具体涉及一种圆柱斜齿轮扭压成形模具及其成形方法。

背景技术

圆柱斜齿轮塑性成形是一种优于传统机械加工的斜齿轮成形方法，塑性成形后的斜齿轮具有金属流线完整、齿轮抗疲劳寿命强、材料利用率高等优点。然而，圆柱斜齿轮由于其齿形带有螺旋角，采用传统塑性成形方法可以成形，但是不便脱模，强制顶出，对齿轮和模具都会造成极大损伤，脱模问题已成为圆柱斜齿轮塑性成形的最大的瓶颈。

在有些文献里，对圆柱斜齿轮塑性成形采用瓣合式组合模具成形，虽然解决了出模的难题，但是存在以下两个困难：1、采用瓣合结构，在瓣合位置处，圆柱斜齿轮容易出现飞边，出模后需要对飞边进行打磨、清理；2、每次成形以后，都需要将模具打开取出圆柱斜齿轮，然后在组装，进行下一次的加工成形，严重地影响了企业生产效率。因此，如何设计一种能够既能塑性成形圆柱斜齿轮，又能满足企业高效生产的加工方法已成为当前的一个重要的研究课题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在保证圆柱斜齿轮成型效果的前提下，能够使圆柱斜齿轮的出模更为方便的圆柱斜齿轮扭压成形模具及其成形方法。

一种圆柱斜齿轮扭压成形模具，包括上凸模、套筒、凹模及下凸模，上凸模呈阶梯轴状，包括上凸模固定部以及齿轮压制部，上凸模固定部的直径大于齿轮压制部，套筒设置在上凸模的下方，齿轮压制部插入套筒中且具有沿套筒内壁上下移动的自由度，凹模平行设置在套筒的下方，凹模中部沿厚度方向开设有与套筒内径尺寸相适配的通孔，通孔的孔壁上开设有齿形螺旋槽，下凸模从凹模的下方沿齿形螺旋槽配合插入到通孔中，上凸模、凹模及下凸模之间构成圆柱斜齿轮扭压成形腔。

作为对上述技术方案的进一步描述：

所述下凸模的顶面开设有齿轮约束槽。

作为对上述技术方案的进一步描述：

所述圆柱斜齿轮扭压成形模具安装在扭压成型机中，扭压成型机包括上下相对设置的下压工作台及扭转工作台，上凸模安装在下压工作台中，下凸模固定在扭转工作台上。

一种圆柱斜齿轮的成形方法，使用一种圆柱斜齿轮扭压成形模具，包括以下步骤：

（1）、将上凸模安装在扭压成型机的下压工作台上，将下凸模安装在扭压成型机的扭转工作台上；

（2）、将凹模旋入下凸模；

（3）、将套筒固定在凹模上端面；

（4）、将圆柱胚料放置在凹模中；

（5）、开启扭压成型机，上凸模下压、下凸模旋转，使圆柱胚料扭压成形为圆柱斜齿轮；

（6）、上凸模及套筒上升，下凸模反向旋转，顶出成形的圆柱斜齿轮；

（7）、取料。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

1、本发明提供的圆柱斜齿轮扭压成形模具，结构简单，操作方便，不仅能够保证圆柱斜齿轮具有较好的成形效果，而且具有便于自动脱模，脱模效率高的优势；

2.本发明提供的扭压成形方法，成形时因为同时给坯料轴向力和径向力，更有益于圆柱斜齿轮的径向充填，便于齿轮角隅部分充填完整；

3.因为凹模不是瓣合结构，从而使得成形时，圆柱斜齿轮的四周没有飞边产生，省去了去除飞边的时间，提高了生产效率；

4.成形后，利用圆柱斜齿轮的螺旋角，让下凸模反向旋转，从而方便了圆柱斜齿轮的出模，操作方便，脱模效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的工作原理示意图。

图例说明：

1、上凸模；11、上凸模固定部；12、齿轮压制部；2、套筒；3、凹模；31、通孔；32、齿形螺旋槽；33、齿轮约束槽；4、下凸模；5、圆柱胚料。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参见图1，本发明提供的一种圆柱斜齿轮扭压成形模具，包括上凸模1、套筒2、凹模3及下凸模4，上凸模1呈阶梯轴状，包括上凸模固定部11以及齿轮压制部12，上凸模固定部11的直径大于齿轮压制部12，套筒2设置在上凸模1的下方，齿轮压制部12插入套筒2中且具有沿套筒2内壁上下移动的自由度，凹模3平行设置在套筒2的下方，凹模3中部沿厚度方向开设有与套筒2内径尺寸相适配的通孔31，通孔31的孔壁上开设有齿形螺旋槽32，下凸模4从凹模3的下方沿齿形螺旋槽32配合插入到通孔31中，上凸模1、凹模3及下凸模4之间构成圆柱斜齿轮扭压成形腔。

结合图2，使用时，将圆柱胚料5（直径需略小于待成型的齿轮齿根圆）放入凹模3中，对上凸模1施加向下压力，对下凸模4施加旋转力，由于下凸模4与凹模3之间采用配合式结构，所以在下凸模4旋转的过程中，凹模3与它同步运行，随着上凸模1的逐渐下压，圆柱胚料5被压缩，随着下凸模4与凹模3的旋转带动，实现在齿形螺旋槽32中的定型，使圆柱胚料5形成圆柱斜齿轮。

圆柱斜齿轮成形后，撤消对上凸模1施加的向下压力，上凸模1向上离开凹模3，再将套筒2分离凹模3，此时将下凸模4上升，带动已成形的圆柱斜齿轮顺利出模。

本实施例中，下凸模4的顶面开设有齿轮约束槽33。目的在于，能约束住圆柱斜齿轮，从而使下凸模4在顺着齿形螺旋槽32反向旋转时，带动圆柱斜齿轮一起转动，从而将圆柱斜齿轮顶出凹模。

本实施例中，圆柱斜齿轮扭压成形模具安装在扭压成型机中，扭压成型机包括上下相对设置的下压工作台及扭转工作台，上凸模1安装在下压工作台中，下凸模4固定在扭转工作台上。目的在于，利用扭压成型机配合本模具的使用，能够更为方便的实现圆柱斜齿轮的自动化加工制造，也能保证产品的品质与精度。

一种圆柱斜齿轮的成形方法，使用一种圆柱斜齿轮扭压成形模具，包括以下步骤：

（1）、将上凸模1安装在扭压成型机的下压工作台上，将下凸模4安装在扭压成型机的扭转工作台上；

（2）、将凹模3旋入下凸模4；

（3）、将套筒2固定在凹模3上端面；

（4）、将圆柱胚料5放置在凹模3中；

（5）、开启扭压成型机，上凸模1下压、下凸模4旋转，使圆柱胚料5扭压成形为圆柱斜齿轮；

（6）、上凸模1及套筒2上升，下凸模4反向旋转，顶出成形的圆柱斜齿轮；

（7）、取料。

本成形方法使圆柱胚料5在扭压的过程中，模具给坯料的力分解为一个径向力和一个轴向力，轴向力使得材料向下运动，实现镦粗，径向力使得材料水平流动，有利于齿轮角隅部位的充填。齿轮成形结束后，上凸模1随扭压成形液压机下压工作台的回程而上移，凹模3不动，下凸模4随着扭压成形液压机扭转工作台的反向旋转而向上，将成形好的圆柱斜齿轮顶出凹模。

上凸模1给坯料施加一个向下的压力F，下凸模4旋转利用摩擦力给坯料施加一个扭矩，此种成形方法为大塑性变形，能使坯料的晶粒得到极大的细化，提高制件强度，同时扭矩的施加与到坯料中心轴的距离有关，在坯料中心轴处扭矩为零，在坯料最外侧受到的扭矩最大，此处晶粒最为细小，强度最高。而齿轮作为传动件，主要靠齿廓的接触传递力，对位于齿轮外侧的齿牙要求强度很高，而正是这样的特殊的要求，所以考虑用扭压成形的方法来加工齿轮，而圆柱斜齿轮，由于其形状的特殊性，齿形具有螺旋角，同时采用传统塑性成形方法成形后不易于出模，故将压扭成形方法用于圆柱斜齿轮的加工。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。