新型内齿轮精锻模结构及参数计算发动机
新型内齿轮精锻模结构及参数计算
新型内齿轮精锻模结构及参数计算 2011年12月10日 来源: l 引 言
汽车、拖拉机变速箱中的内齿轮起离合变速作用,亦称为快档齿轮,是易损的重要零件和配件,需求量大。图1是某农用汽车内齿轮简图,内齿和外齿的模数都是2.5。这类内齿轮与一般内齿轮的显著差别是内齿一端与幅板相连,无法切削加工,国内大多数厂家采用电解工艺加工内齿齿形,生产效率低,耗电严重,材料利用率低,电解废液污染环境。同时电解成形的内齿在精度、强度和寿命方面存在3个明显的缺点:①电解的齿形沿齿向有外大里小的锥度,即呈喇叭口形,这样与配对齿轮结合时有轴向力存在,而且相配合的齿轮不是面接触,而是线接触,随着频繁的离合磨损,锥度越来越大,轴向力就越来越大,当达到某一锥度时,齿轮则自行脱档而报废;②电解加工精度较差,尺寸误差难以控制,为保证齿轮能用,只好使内齿尺寸(相当于孔)大些,即接近或达到其公差上限,致使内齿轮很快因内齿尺寸超差而报废,齿轮寿命很短,甚至有的电解齿轮未使用时就已超差;③内齿齿间金属纤维被电解加工切断,使内齿强度降低。 国内也有的齿轮厂因无电解机床,而采用钻、车、挤和手工铲除金属等多道工序加工内齿。即先钻与齿同样多的盲孔,再车削掉半个孔,然后用带外齿的凸模冷挤下多余金属,但这些金属仍连在幅板上,最后靠手工操作,把多余金属从幅板上铲掉。这种方法十分笨拙落后,工序环节多,钢材浪费严重,生产效率比电解加工还低得多。
图1 汽车内齿轮筒图
事实上这类齿轮是要求塑性成形的,但因其结构形状及材质(20CrMnTi钢)所致,冷锻无法成形,温锻成形也极其困难,只能考虑内齿轮热锻成形。90年代初,我国某部属研究所曾试图开发内齿轮热精锻工艺,由于未能解决锻件脱模问题而未成功。因锻件和凸模之间接触传热,热锻件降温收缩,冷凸模升温膨胀,而且带齿的凸模无拔模斜度,如果锻造结束的瞬间不能立即脱模,凸模与锻件之间则产生迅速增大的过盈量,导致锻件抱死凸模而难以脱开,这是内齿轮热精锻的关键问题。从我国现有设备和技术条件出发,研究开发了带有强力脱模装置的内齿轮热精锻模具,彻底解决了锻件脱模问题,并将该技术应用于内齿轮生产。
2 内齿轮热精锻模具结构及脱模力
2.1 模具结构及工作过程
图2是图1所示内齿轮的锻件图。锻件的齿面、齿顶、齿根处所标的尺寸均为零件尺寸,不再做除去材料加工。轮毂上端的凹坑是变形金属流动自然形成的,而非模具型腔所致,其尺寸无精确要求,只要其直径小于零件内孔即可。
图2 内齿轮锻件图
如前所述,内齿轮精锻成形时,锻件降温收缩,凸模升温膨胀,且无拨模斜度,锻击结束的瞬间须立即脱模,否则导致锻件抱死凸模而难以脱开。为解决脱模困难问题,研制了热精锻内齿轮新型模具,其结构如图3所示。该模具的核心技术是强力脱模装置,它主要由凸模芯7、凸模套5、弹性元件1构成。强力脱模装置与上垫板2、限位环6和垫片4等零件构成上模,凹模8、下模块9和下垫板11等零件构成下模。带外齿的凸模芯7由螺钉3固定于上垫板2,带内齿的凸模套5套在凸模芯7的外面,两者的齿牙间隙配合。凸模套5一端支撑在弹性 元件1上,在弹性元件张力和坯料变形抗力作用下可以沿凸模芯浮动,并通过限位环6限位。坯料未接触上模时,凸模套5与凸模芯7下端平齐,或前者略凸出于后者,以保证锻件脱模彻底。锻造时,凸模套5在坯料变形抗力的作用下相对于凸模芯7后退,弹性元件l被压缩,凸模芯7凸出于凸模套5,锻出内齿;凸模套5退至其上极限位置时,其上端作用于上垫板2,其下端将齿轮锻件上端面压平。锻击结束时,凸模芯随上模抬起的瞬间,弹性元件张力通过凸模套强迫锻件与凸模芯脱开,随即压力机顶料系统(图中未示出)通过顶杆10顶出锻件。
图3 内齿轮热精锻模具结构1.弹性元件2.上垫板3.螺钉4.垫片5.凸模套6.限位环7.凸模芯8.凹模9.下模块10.顶杆11.下垫板
2.2 脱模力
用理论计算和实验相结合的方法确定最大脱模力(脱模初始时刻的弹簧张力),以此为依据设计碟形弹簧。一般的汽车内齿轮(内齿的齿根圆直径小于80mm,内齿齿宽小于12mm)最大脱模力为150kN。
2.3 新型模具特点
该模具有以下特点: (1)采用强力脱模装置,使锻件在锻造结束的瞬间立即脱模,彻底解决了内齿轮热锻件难以脱模问题。该装置不仅对精锻内齿轮具有很好的效果,也可成功地用于其它无拔模斜度内孔精锻成形,具有重要的技术进步意义和实用价值。 (2)强力脱模装置迫使锻件在锻击结束瞬间脱开凸模芯,即凸模芯与锻件的接触时
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