汽车变速器齿轮结合齿精锻组合模具及其精锻工艺方法

摘要

本发明涉及汽车变速器齿轮结合齿精锻组合模具及其精锻工艺方法，本发明采用不同的成形方式，把原来工艺用压力使金属流动充满模腔成形，改变为用模具径向挤压工件成形后，再用镦粗方式对齿尖锁止角进行整形，实现齿侧倒锥角和锁止角一次成形。工艺方法的改变使所需设备技术要求大大降低，所需压力降低到不到原方法的1/10，大幅提高模具寿命，不需要磷皂化，结构简单，操作方便，精度高，节省了一道工序，降低了制造成本，做到了节能环保。

说明书

技术领域

本发明涉及齿轮精密锻造，特别涉及一种汽车变速器齿轮结合齿精锻组合模具及其精锻工艺方法。

背景技术

随着改革开放深入发展，我国经济发展进入到新常态。制造业必须走创新发展、绿色发展的道路。随着汽车工业的发展，汽车变速器齿轮精锻结合齿的需求量不断增加。目前，国内外汽车变速器齿轮结合齿精锻普遍采用的工艺流程为：“下料——热模锻——正火——磷化——冷精整——挤倒锥”。其中冷精整工序需要价格昂贵的冷挤压压力机，且需要进行正火和磷化预处理。精整模具通常采用电火花放电加工，费工费时，寿命短。

发明内容

本发明采用不同的压力加工成形原理，采用一种精锻组合模具，把传统工艺挤压金属流动，充填成形方式改变为径向挤压变形，使传统的结合齿精锻工艺过程中的精整工序和倒锥工序合并为一道工序，该工艺的工艺过程为：“下料—热模锻—倒锥”，取消了原工艺的正火、磷化和精整工序，模具结构简单、设计合理，实现了节能节材和绿色环保，所用设备为普通压力机，总成形力只有原来的1/10，大幅提高模具寿命。

实现本发明的技术方案是：本发明采用不同的压力加工成形原理，采用一种精锻组合模具，把传统工艺挤压金属流动，充填成形方式改变为径向挤压变形，使传统的结合齿精锻工艺过程中的精整工序和倒锥工序合并为一道工序。该工艺的工艺过程简化为：下料—热模锻—倒锥。

采用一种汽车变速器齿轮结合齿精锻组合模具，该模具由倒锥模块和精整模块组成，倒锥模块的齿块与压套的配合表面，由原来的棱锥面更改为圆锥面，方便制造和可以获得更高的模具加工精度。同时，由于两者的配合表面增大，提高了模具纠正齿圈跳动误差的能力，提供了取消精整工序的可能。

该模具还采用上下移动装置，实现了倒锥结束后倒锥模块和工件向下移动，由精整模块完成对锁止角的精整。同时完成原来结合齿精锻工艺过程的精整和倒锥两道工序。

该组合模具置于上模座和下模座之间；所述组合模具包括倒锥模块、精整模块、定程圈和上下移装置；所述倒锥模块通过法兰固定于小支承垫上，倒锥模块的外侧锥面与具有相同内圆锥面的压套配合，所有精整模块的外花键依次装入保持圈内，形成一个组合体，倒锥模块与精整模块之间设有弹性圈，用于工序结束后松开模块，取出工件；所述精整模块置于倒锥模块的内腔中，精整模块的下端设有调整垫，用于达到工艺要求的齿长；所述调整垫贯穿小支承垫和大支承垫；所述上下移装置设置于大支承垫的下端；所述定程圈的上下两端分别与内圆锥压套和大支承垫接触，定程圈通过压紧螺母压紧。

上述技术方案所述倒锥模块的齿块的内表面是与结合齿齿形相同的带倒锥的内齿，其外表面为锥角10°的圆锥面，沿径向逐齿切开，分成一个一个齿块。工作时靠外锥面与锥度一致的内圆锥压套向中心挤压倒锥模块的齿块，实现对结合齿倒锥角的加工。通过保持圈、法兰和小支承垫组装成一体，齿块可以在一定范围内自由活动。

上述技术方案所述精整模块是与被加工结合齿尺寸和齿尖锁止角一致的外花键，其上端具有对结合齿齿尖锁止角进行整形的模腔。倒锥完成后，内圆锥压套压到定程圈。同时，上下移动装置使倒锥模块和大、小支承垫板带动工件向下移动，置于下部的精整模块对结合齿齿尖锁止角进行整形。依靠齿侧与倒锥模块的齿槽配合定位，以及齿块与压套圆锥面配合保证结合齿的加工精度。

上述技术方案所述大支承垫与下模座之间的间隙L为0.3～0.4mm。

由下式确定

L=Δ+0.1～0.2mm

式中：Δ——锁止角精整余量。一般取0.2～0.3mm.

一种汽车变速器齿轮结合齿精锻工艺方法，包括下料——热模锻——倒锥三个工序，其中，倒锥工序的具体步骤如下：

A、装工件：初始状态内圆锥压套（12）在弹簧作用下抬起，倒锥模块（1）的齿块被弹性圈（6）松开，工件装入模具；

B、倒锥：上模座（13）下行，通过内圆锥压套（12）的锥面将倒锥模块（1）的齿块径向向中心挤压；

当内圆锥压套（12）压住定程圈（3）时，倒锥完成；

C、精整：上下移装置（4）由一组碟形弹簧构成，当超过倒锥需要的压力时，使倒锥模块（1）和小支承垫（7）、大支承垫（8）带动工件向下移动距离为L，置于下面的精整模块（2）对结合齿锁止角进行整形，完成结合齿倒锥角和锁止角的加工；

D返回：上模座（13）退回，模具恢复初始状态，卸下工件，完成一个加工循环。

采用上述技术方案后，本发明具有以下积极的效果：

（1）本发明是通过倒锥模齿块的内齿与精整模的外花键以及倒锥模的外圆锥面和压套的内圆锥面配合，利用自动定心原理保证加工精度，把原来工艺用压力使金属流动充满模腔的成形方式，改变为用模具挤压工件变形成形，不需使用价格昂贵的冷挤压设备，所需压力不到原方法的1/10，不需要磷皂化和使用脱模剂，通过试生产证明，本发明结合齿精锻组合模具本设计合理，结构简单，操作方便，精度高，将传统的“下料——热模锻——正火——磷化——冷精整——倒锥”简化为“下料——热模锻——倒锥”使冷精整和倒锥两道工序合并为倒锥工序，省略了正火、磷化和精整工序，节省了精整模具和人力，大幅提高模具寿命，提高了生产效率，降低了制造成本，且节能环保。

（2）本发明工作时靠锥角和直径与倒锥模块外圆锥面一致的内圆锥压套向中心挤压齿块，实现对结合齿倒锥角的加工；倒锥完成，压套压到定程圈，上下移动装置使倒锥模块和工件一起下行一定距离，由位于下方的精整模块完成对热锻后结合齿锁止角整形。适合于所有结构形式的结合齿加工。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的倒锥模块示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为本发明的精整模块示意图；

图5为图4的俯视图；

图6为图4中A-A方向的剖视图；

图7为图6中B-B方向的剖视图；

图8为本发明带结合齿的汽车变速器齿轮示意图；

图9为图8中A处的放大示意图。

具体实施方式

（实施例1）

见图1至图9，该组合模具置于上模座13和下模座10之间；组合模具包括倒锥模块1、精整模块2、定程圈3和上下移装置4；倒锥模块1通过法兰固定于小支承垫7上，倒锥模块1的外侧套接有内圆锥面压套12，且倒锥模块1与内圆锥压套12之间设有嵌入倒锥模块1外侧表面内的保持圈5，倒锥模块1的内侧与精整模块2之间设有弹性圈6；精整模块2同轴置于倒锥模块1的内腔中，精整模块2的下端同轴设有调整垫11；调整垫11贯穿小支承垫7和大支承垫8；上下移装置4同轴设置于大支承垫8的下端；定程圈3的上下两端分别于内圆锥压套12和大支承垫8接触，，上端开设有三个用于放置弹簧的凹槽，所述弹簧上端与内圆锥压套12的下端面接触，当压力取消后抬起内圆锥压套12。

倒锥模块1的各齿块的内表面是与结合齿齿形相同的带倒锥的内齿，其外表面为锥角10°的圆锥面，沿径向逐齿切开，分成一个一个齿块。工作时靠锥角和直径与倒锥模块1外圆锥面一致的内圆锥压套12向中心挤压齿块，实现对结合齿倒锥角的加工。通过保持圈5、法兰16和小支承垫7组装成一体，倒锥模块1的齿块可以在一定范围内自由活动。

精整模块2的外表面是与被加工结合齿尺寸和倒锥角一致的外花键，其上端具有对结合齿锁止角进行整形的模腔14。见图4和图5，倒锥完成后，压套12压到定程圈3。同时，上下移动装置4使倒锥模块1和大小支承垫板7、8带动工件向下移动，置于下部的精整模块2对结合齿齿尖的锁止角进行整形。依靠齿侧与倒锥模块1的齿槽配合定位，以及齿块外圆锥面和压套内圆锥面的配合，保证结合齿的加工精度。

大支承垫8与下模座10之间的间隙L为0.3～0.4mm。

本发明的工作原理为：

初始状态内圆锥压套12在弹簧作用下抬起，倒锥模块1的齿块被弹性圈6松开，工件很容易装入模具。

上模座13下行，通过内圆锥压套12的锥面将倒锥模块1的齿块向中心挤压，当内圆锥压套12压住定程圈3时，倒锥完成。此时工作压力超过碟形弹簧设定倒锥压力，上下移装置4使倒锥模块1和小支承垫板7、大支承垫板8带动工件向下移动距离为L见图1，置于下面的精整模块2对结合齿锁止角进行整形，完成结合齿倒锥角和锁止角的加工。

上模座13退回，模具恢复初始状态，卸下工件，完成一个加工循环。

实现了把原来工艺流程的精整工序和倒锥工序合并为一个工序，通过采用不同的压力加工成形原理，采用该种精锻组合模具，把原来工艺采用压力挤压使金属流动充满模腔成形方式，改变为用模具径向挤压工件成形后，再用镦粗方式对齿尖锁止角进行整形，实现齿侧倒锥角和锁止角一次成形。使传统的精整工序和倒锥工序合并为一道工序，极大的简化了工艺流程。工艺方法的改变使得对设备的要求大大降低，使所需设备压力降低到不到原方法的1/10。

为贯彻国家节能、环保的行业发展的要求，在总结以往生产经验的基础上，设计了一种结合齿精锻组合模具，把结合齿精锻工艺整合为“下料——热模锻——挤倒锥”，通过生产验证，收到了良好效果。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。