[发明专利]复合齿轮挤压模具

说明书

技术领域

本发明涉及金属塑性加工的挤压技术领域，尤其是一种金属与塑料一体成型的复合齿轮挤压模具。

背景技术

齿轮是一种典型的传动零件，传统的齿轮生产方法主要包括切削加工和塑性成形加工两大类，但现有的工业生产仍然以切削加工为主。这种去除多余金属材料的“减材”齿轮加工方法存在很多缺点，如加工工序复杂、设备占用多、材料利用率低；且由于金属纤维在切削加工过程中被切断，使得所生产齿轮的可靠性及耐用性大打折扣，严重影响了产品的质量性能。

近年来，精密塑性成形因其具有加工效率高、材料利用率高、产品性能好等优点已成为国内外研究的重点。精密塑性成形的零件，其金属流线沿零件轮廓连续分布，材料组织结构与产品综合性能更好。目前，齿轮精密塑性成形方法主要有精锻、挤压、精冲、轧制、摆碾等。其中，以精锻齿轮和挤压齿轮较为常见。

为获得表面质好、尺寸精度髙的产品，齿轮一般采用冷挤压成形齿轮冷挤压可以分为正挤压和减径挤压两种。正挤齿是对圆柱坯料直接进行挤压形成齿轮外形，以取代滚齿和插齿。减径挤压，也叫冷挤压精整，是对粗加工的齿坯（即经过滚、插半成品齿轮）于热处理前进行的挤压，以取代现行的剃齿。

虽然齿轮冷挤压优点明显，但目前常规的冷挤压工艺，材料变形抗力大、晶粒细化能力弱，成形的齿轮整体性能不高。而细化晶粒是提高金属材料综合性能最有效的途径之一。近年来，大塑性变形法因其具有强烈的晶粒细化能力和对金属结构材料强韧化的巨大改性作用而受到了材料科学界的高度重视和深入研究。等通道转角挤压是大塑性变形法中最具代表性且发展最为迅速的一种先进技术，其原理是将变形坯料压入一个特别设计的模具中以实现大塑性变形的剪切变形工艺。通过模具通道转角处近乎纯剪切的作用，使晶粒得到显著细化，从而有效改善材料的机械和物理性能。

然而，与大塑性变形理论迅速发展不相匹配的是，目前该技术的工业化应用极其有限，至今尚未看到采用等通道转角挤压工艺进行齿轮成形及性能提升的相关报道。如何将等通道转角挤压工艺大规模地应用于实际工业生产，直接成形出工业零部件，一直是困扰该工艺发展的一大现实问题。同时，将传统金属材料与塑料制品相结合，也是实现机械产品轻量化设计的一个重要环节。

因此，确有必要对传统等通道转角挤压模具结构进行改进，以克服上述加工过程中的缺点，最终实现复合齿轮的一次成形，进而扩大等通道转角挤压法的应用范围和适用对象，将其直接用于实际工业生产过程。

发明内容

为了克服常规冷挤压工艺材料晶粒细化能力不强、成形齿轮性能不高等不足，本发明提供一种复合齿轮挤压模具；该复合齿轮挤压模具实现了“两种材料，一次放料，连续挤压，多次变形，近净成形”的目的，有效克服了传统等通道转角挤压工艺难以实现工业化应用的瓶颈，大幅提高了齿轮成形的效率和材料的利用率，具有复合、简单、高效、易控的优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：复合齿轮挤压模具，包括：压力机下工作台、下模板、加热套、模套、螺栓、支撑环、加热环、复合芯轴、定位销、下电磁吸环、接头、控制线、上电磁吸盘、复合冲头、上模固定板、上模板、入口通道、挤压减径模口、转角通道、凹模、出口通道、切割机，注塑减径模口，注塑机，万向轮，冷却挡板，注塑头；复合齿轮挤压模具有一个锥度体凹模，凹模内部有一个“L”形的变形通道；变形通道的内部匹配设置有复合芯轴；复合芯轴外部顺序设有入口通道、挤压减径模口、转角通道、支撑环和出口通道；支撑环套装在复合芯轴上；入口通道截面为光滑圆形，通过挤压减径模口后，通道截面为齿轮齿形，转角通道处转角为90°。

复合芯轴内部设置有加热环，加热环经过入口通道、挤压减径模口和转角通道，并延伸至出口通道中部，加热环顶端通过接头与复合冲头内部设置的控制线连接，控制线接通电源后，加热环通过接触式传导的热传递方式，能够根据材料特性及工艺温度要求为主要的几个变形区域从内部进行有效、快速的加热及保温；复合芯轴顶部安装有下电磁吸环，与安装在复合冲头内部顶端的上电磁吸盘配合使用，可以在工作时为复合芯轴提供向上拉力，保证挤压顺利进行。

凹模嵌入带有吻合锥度的模套中，模套的外围包围装有加热套，在凹模上方匹配设有复合冲头，复合冲头顶部镶嵌在上模固定板中，上模固定板的顶部与上模板相连接，凹模通过底板螺栓固定在下模板上，下模板通过螺栓固定在压力机下工作台上。