一种用于变速器齿轮精密成型的组合凹模及其设计方法技术

本发明专利技术提供一种用于变速器齿轮精密成型的组合凹模及其设计方法，解决传统整体凹模和组合凹模成型过程中限制模具发生弹性变形，但实际生产过程中模具弹性变形无法避免，导致模具成型后齿部需要修形的问题。本发明专利技术组合凹模包括模芯和一层应力圈；模芯的内壁上设有渐开线齿形，模芯的外周面沿轴向设置为依次连接的第一锥形面、第二柱形面、第三锥形面和第四柱形面；应力圈套装在模芯的外侧，腔体内表面沿轴向设置为依次连接的第五柱形面、第六锥形面和第七柱形面；第二柱形面和第五柱形面、第四柱形面和第七柱形面为过盈配合，且应力圈的外径为模芯内径的2～2.5倍，模芯外径为模芯内径的1.3～1.5倍。

A combined die for precision forming of transmission gear and its design method

【技术实现步骤摘要】
一种用于变速器齿轮精密成型的组合凹模及其设计方法
本专利技术属于汽车变速器齿轮成型领域，具体涉及一种用于变速器齿轮精密成型的组合凹模及其设计方法。
技术介绍
变速器齿轮是汽车变速器中较为重要的部件，该齿轮类零件采用冷、温、热精密锻造方式成型时，核心技术是精密成型工艺模具的设计。如图1至图3所示，传统方法中采用的模具有整体凹模和组合凹模两种，但是，该类模具存在以下问题：1)齿轮精锻件的精度取决于模具的弹性膨胀量和锻件本身的弹性恢复，尤其是模具的弹性膨胀量影响较大。为了减少模具弹性变形对锻件精度的影响，传统整体凹模和组合凹模在设计理念上限制成型过程中模具发生的弹性变形，但实际成型过程中由于受力大，模具弹性变形无法避免；2)基于以上设计理念，整体凹模外径D、组合凹模最外侧应力圈直径D与模芯内孔直径d比值达到4～6倍，此种尺寸设置使得模块较为笨重，不仅浪费材料，而且现场操作极不方便，拆装劳动强度较大；此外，对于传统整体凹模结构，即便D＝(4～6)d，开裂风险仍然较大；3)为了更好的限制模具变形，组合凹模常设计为多层应力圈结构，此种设置使得加工及压装要求都极高；4)为了弥补模具弹性变形与锻件最终要求之间的差异，传统组合凹模是将应力圈和模芯压装在一起后，再对齿部进行精密加工，模芯齿部是根据模具弹性变形量及锻件弹性恢复量修形过的，不是标准渐开线，修型后，齿部设计、现场测量难度大，另外由于模具的弹性变形量与温度密切相关，因此冷、温、热等不同精密成型方式的齿部修形方法不同，使得修形过程相对较为复杂；r>5)传统组合凹模过盈部位一般设计为上小下大的斜面配合，斜度β为0.5°～3°，需要研磨配合，否则不易保证精度；若斜度设计不当，压装完成后模芯会从大端自动冒出；若斜度太小，还会出现使用过程中模芯自小端脱出的情况，因此存在一定的安全隐患。
技术实现思路
为解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供一种用于变速器齿轮精密成型的组合凹模及其设计方法。为实现以上专利技术目的，本专利技术的技术方案是：一种用于变速器齿轮精密成型的组合凹模，包括模芯和一层应力圈；所述模芯为套筒结构，其内壁上设有渐开线齿形，所述模芯的外周面沿轴向设置为依次连接的第一锥形面、第二柱形面、第三锥形面和第四柱形面，所述第一锥形面的大端与第二柱形面连接，所述第三锥形面的小端与第二柱形面连接，大端与第四柱形面连接；所述应力圈为套筒结构，其套装在模芯的外侧；所述应力圈的腔体内表面沿轴向设置为依次连接的第五柱形面、第六锥形面和第七柱形面，所述第六锥形面的小端与第五柱形面连接，大端与第七柱形面连接；所述第二柱形面和第五柱形面、第四柱形面和第七柱形面为过盈配合，且应力圈的外径为模芯内径的2～2.5倍，模芯外径为模芯内径的1.3～1.5倍。进一步地，所述应力圈与模芯的过盈量为模芯外径的0.3％～0.4％。本专利技术提供一种用于变速器齿轮精密成型的组合凹模的设计方法，包括以下步骤：步骤一、将模芯外径设计为模芯内径的1.3～1.5倍，应力圈外径设计为模芯内径的2～2.5倍；步骤二、将应力圈与模芯的过盈量设计为模芯外径的0.3％～0.4％；步骤三、基于步骤一和步骤二的设计后的组合凹模，根据胡克定律计算该组合凹模的变形量，根据该变形量，将压装后组合凹模的理论跨棒距设计为具有变形量的跨棒距，根据变形后的跨棒距反算弧齿厚。与现有技术相比，本专利技术技术方案具有以下技术效果：1.本专利技术用于变速器齿轮精密成型的组合凹模利用模具的弹性变形，将模芯齿形设计为具有变形量的渐开线齿形，并在压装前加工到位，压装后直接使用，该种方式使得冷、温、热等不同精密成型方式的齿形均为渐开线齿形。同时，由于本专利技术模芯和应力圈分别加工，过盈压装后成为组合凹模，具有变形量的渐开线齿形无需再进行加工和修形，便于模具整体的设计、加工及测量。2.本专利技术提供一种用于变速器齿轮精密成型的组合凹模，利用模具的弹性变形机理，应力圈外径D仅为模芯内径d的2～2.5倍，材料消耗仅为传统方法的1/4，此种设置可大幅减小模块尺寸和重量，降低拆装劳动强度。3.本专利技术组合凹模设计为单层应力圈结构，组合凹模在过盈压装后变形，在精密成型受力过程中恢复至初始设计，循环反复，模具加工及压装难度降低。4.本专利技术用于变速器齿轮精密成型的组合凹模将过盈配合面处设计为直段配合，口部设计一小段斜度，底部设计一小段直径稍大直段导引，此种方式便于加工和压装，降低了过盈配合面的加工难度，避免过盈压装时模具冒出，进而避免出现模芯冒出的危险状况。附图说明图1为现有整体凹模的结构示意图；图2为现有组合凹模的结构示意图；图3为现有组合凹模的斜面过盈配合示意图；图4为本专利技术用于变速器齿轮的组合凹模的结构示意图；图5为本专利技术用于变速器齿轮的组合凹模的局部放大图一；图6为本专利技术用于变速器齿轮的组合凹模的局部放大图二；图7为本专利技术用于变速器齿轮的组合凹模的局部放大图三。附图标记：1-模芯，2-应力圈，3-渐开线齿形，11-第一锥形面，12-第二柱形面，13-第三锥形面，14-第四柱形面。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术的内容作进一步详细描述：本专利技术提供一种用于变速器齿轮精密成型的组合凹模及其设计方法，该设计方法利用(而不是限制)模具弹性变形，将模芯齿形设计为具有变形量的渐开线齿形，并在压装前加工到位，压装后直接使用，该种设计方式使得冷、温、热等不同精密成型方式的齿形均为渐开线齿形。同时，该组合凹模设计为单层应力圈结构，应力圈外径D仅为模芯内径d的2～2.5倍，如此可在保证精锻件精度稳定性基础上，大幅减小凹模整体尺寸，模具材料消耗降低3/4，模具拆装劳动强度减小。此外，组合凹模将过盈配合面处设计为直段配合，口部设计一小段斜度、底部设计一小段直径稍大直段导引，此种方式便于加工和压装，降低了过盈配合加工及安装难度，避免过盈压装和使用过程中模具冒出以及整体凹模开裂等安全隐患。如图4至图7所示，本专利技术提供的用于变速器齿轮精密成型的组合凹模包括模芯1和一层应力圈2；模芯1为套筒结构，其内壁上设有渐开线齿形3，模芯1的外周面沿轴向设置为依次连接的第一锥形面11、第二柱形面12、第三锥形面13和第四柱形面14，第一锥形面11的大端与第二柱形面12连接，第三锥形面13的小端与第二柱形面12连接，大端与第四柱形面14连接；应力圈2为套筒结构，其套装在模芯1的外侧；应力圈2的腔体内表面沿轴向设置为依次连接的第五柱形面、第六锥形面和第七柱形面，第六锥形面的小端与第五柱形面连接，大端与第七柱形面连接；第二柱形面12和第五柱形面、第四柱形面14和第七柱形面为过盈配合，且应力圈2的外径为模芯1内径的2～2.5倍，模芯1外径为模芯1内径的1.3～1.5倍，应力圈与模芯的过盈量为模芯外径的0.3％～0.4％。本专利技术用于变速器齿轮精密成型的组合凹模的设计原理如下：现有传统整体凹模和组合凹模是要限本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于变速器齿轮精密成型的组合凹模，其特征在于：包括模芯(1)和一层应力圈(2)；/n所述模芯(1)为套筒结构，其内壁上设有渐开线齿形(3)，所述模芯(1)的外周面沿轴向设置为依次连接的第一锥形面(11)、第二柱形面(12)、第三锥形面(13)和第四柱形面(14)，所述第一锥形面(11)的大端与第二柱形面(12)连接，所述第三锥形面(13)的小端与第二柱形面(12)连接，大端与第四柱形面(14)连接；/n所述应力圈(2)为套筒结构，其套装在模芯(1)的外侧；/n所述应力圈(2)的腔体内表面沿轴向设置为依次连接的第五柱形面、第六锥形面和第七柱形面，所述第六锥形面的小端与第五柱形面连接，大端与第七柱形面连接；/n所述第二柱形面(12)和第五柱形面、第四柱形面(14)和第七柱形面为过盈配合，且应力圈(2)的外径为模芯(1)内径的2～2.5倍，模芯(1)外径为模芯(1)内径的1.3～1.5倍。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于变速器齿轮精密成型的组合凹模，其特征在于：包括模芯(1)和一层应力圈(2)；
所述模芯(1)为套筒结构，其内壁上设有渐开线齿形(3)，所述模芯(1)的外周面沿轴向设置为依次连接的第一锥形面(11)、第二柱形面(12)、第三锥形面(13)和第四柱形面(14)，所述第一锥形面(11)的大端与第二柱形面(12)连接，所述第三锥形面(13)的小端与第二柱形面(12)连接，大端与第四柱形面(14)连接；
所述应力圈(2)为套筒结构，其套装在模芯(1)的外侧；
所述应力圈(2)的腔体内表面沿轴向设置为依次连接的第五柱形面、第六锥形面和第七柱形面，所述第六锥形面的小端与第五柱形面连接，大端与第七柱形面连接；
所述第二柱形面(12)和第五柱形面、第四柱形面(14)和第七柱形面为过盈配合，且应力圈...

【专利技术属性】
技术研发人员：鞠丽，李文新，张铁锁，
申请(专利权)人：宝鸡法士特齿轮有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61