一种离合器齿毂的内外齿成形装置及方法

技术领域

本发明涉及内外齿形件成形技术领域，特别是涉及一种离合器齿毂的内外齿成形装置及方法。

背景技术

离合器齿毂作为汽车变速器中的重要核心零部件，在汽车动力传输过程中发挥重要作用，由于在工作过程中需承受冲击载荷，因此其成形精度以及成形质量将直接影响系统运行平稳度以及换挡过程中的舒适度，离合器齿毂作为一类薄壁回转体零件，该类零件成形困难，典型的几何特征是周向均匀分布的齿槽和厚度均匀变化的齿壁，由于离合器动力的传递依靠侧壁薄厚不一的齿形，因此齿毂的成形方式尤其是侧壁齿形的成形方式一直备受关注。

目前市面上较为成熟的离合器齿毂成形方式有Grob滚压成形、Schuler滚轮成形、LEIFELD旋压成形以及冲压成形；其中，滚压成形和滚轮成形具有良好的成形精度，但其模具存在着结构复杂，设备昂贵的问题；相较而言，旋压工艺的成本较低，但也存在着成形效率较低、齿形填充质量欠佳的问题；在以上工艺中，冲压成形结构简单，设备成本较低，具有较高成形效率，但也存在着表面拉毛与破裂等潜在风险。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种离合器齿毂的内外齿成形装置及方法，用于解决现有技术中结构复杂和齿形填充质量欠佳的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供如下技术方案：

一种离合器齿毂的内外齿成形装置，包括凹模，所述凹模的内部穿设有用于固定坯料的反顶块，所述反顶块的上方设有胀形成形组件或冲压成形组件，所述胀形成形组件包括凸模滑块和驱动所述凸模滑块进行径向移动的驱动机构，所述凸模滑块的周侧设有与目标零件内部齿形形状相同的第一成形部，所述冲压成形组件包括可安装在压机上的凸模，所述凸模的周侧设有与目标零件内部齿形形状相同的第二成形部，所述凸模的底端外侧设有与第二成形部连接的导向带，所述导向带的尺寸小于目标零件的内部尺寸。

于本发明的一实施例中，所述凹模的顶端内侧设有第一引入段，所述凸模的底端外侧设有与所述导向带连接的第二引入段，所述第一引入段和第二引入段的形状均为圆角，且所述凹模的内部为带有目标零件外部齿形的凹模型腔。

于本发明的一实施例中，所述反顶块包括与坯料相接触的支撑柱和安装在所述支撑柱上的顶杆，所述顶杆远离所述支撑柱的那一端安装在液压机上，该技术方案中反顶块在液压机的作用下能够进行上下移动，从而可以带动坯料在凹模内进行上下移动。

于本发明的一实施例中，所述凸模滑块包括第一滑块件与所述第一滑块件一体成形的第二滑块件，所述第一滑块件的内侧设有第一斜面，且所述第一滑块件的底侧设有位于所述第二滑块件侧方的导向块，所述第一成形部设置在第二滑块件的外侧。

于本发明的一实施例中，所述驱动机构包括导柱和可安装在压机上的芯棒，所述芯棒的底部周侧对应所述第一斜面设有第二斜面，所述第二斜面与第一斜面相匹配且所述第二斜面与第一斜面滑动连接，且所述芯棒底部的中心位置开设有与导柱滑动连接的滑槽，该技术方案中芯棒在压机的作用下进行上下移动，从而使得第二斜面对第一斜面进行挤压，带动凸模滑块在导向板上进行径向移动，达到了对坯料底部齿形胀形的目的。

于本发明的一实施例中，所述驱动机构还包括导向板，所述导向板上对应所述导向块开设有限位槽，所述导向块与限位槽相匹配且所述导向块与限位槽滑动连接，且所述导向板的中心位置还开设有用于安装导柱的安装孔，该技术方案中导向块在限位槽内进行滑动能够使得凸模滑块在导向板上的径向移动更加稳定。

于本发明的一实施例中，所述支撑柱上对应坯料上的工艺孔设有若干个第一销钉，所述导向板远离所述限位槽的那一侧对应坯料上的工艺孔设有若干个第二销钉，该技术方案中的第一销钉能够将坯料初步固定在反顶块上，第二销钉能够将坯料进一步固定在反顶块上。

一种根据上述任意权利要求所述离合器齿毂的内外齿成形装置的离合器齿毂的内外齿成形方法，包括胀形成形工序和冲压成形工序。

于本发明的一实施例中，所述胀形成形工序包括：通过反顶块上的第一销钉和导向板上的第二销钉完成对坯料的定位，所述芯棒在压机的作用下下移使得凸模滑块做径向滑动，在所述凸模滑块和凹模的作用下完成坯料底部齿形的胀形。

于本发明的一实施例中，所述冲压成形工序包括：通过反顶块上的第一销钉完成坯料的定位，所述凸模在液压机的作用下下移使得坯料经过凹模型腔完成坯料内外部齿形的成形。

如上所述，本发明的一种离合器齿毂的内外齿成形装置及方法，具有以下有益效果：

本发明通过采用胀形和冲压复合成形方法，使得坯料依次完成底部齿形局部外胀、冲压聚料成形过程，相较于传统制坯加胀形成形多工序工艺流程，本发明通过胀形成形工序只对坯料的齿根部分进行胀形，促进了坯料的材料在圆角部分的流动，减小了圆角处的圆角间隙，有效地提升离合器齿毂类零件圆角处的填充质量，并且只对坯料的齿根部分进行胀形，可避免单纯外胀成形过程中胀形力过大的现象；在冲压工序中对凸模添加特定结构特征，也就是在凸模的底部增加了导向带，且导向带的尺寸小于目标零件的内部尺寸，所以有效避免成形过程中齿形内部靠近齿根部分处折叠缺陷的产生，本发明在结构简单的情况下还使得齿形填充质量较好，所以便于进行推广和使用。

附图说明

图1为本发明实施例中公开的离合器齿毂的内外齿成形装置中目标零件的示意图；

图2为本发明实施例中公开的离合器齿毂的内外齿成形装置中坯料的示意图；

图3为本发明实施例中公开的离合器齿毂的内外齿成形装置中内外齿形件的完整成形工艺流程示意图；

图4为本发明实施例中公开的离合器齿毂的内外齿成形方法中胀形成形工序对应的装置示意图；

图5为本发明实施例中公开的离合器齿毂的内外齿成形方法中冲压成形工序对应的装置示意图；

图6为本发明实施例中公开的离合器齿毂的内外齿成形装置中凹模的立体(上)和正视剖面(下)示意图；

图7为本发明实施例中公开的离合器齿毂的内外齿成形装置中反顶块的立体示意图；

图8为本发明实施例中公开的离合器齿毂的内外齿成形装置中导向板的立体示意图；

图9为本发明实施例中公开的离合器齿毂的内外齿成形装置中凸模滑块的立体示意图；

图10为本发明实施例中公开的离合器齿毂的内外齿成形装置中芯棒的立体示意图；

图11为本发明实施例中公开的离合器齿毂的内外齿成形装置中凸模的立体(上)和正视剖面(下)示意图；

图12为本发明实施例中公开的离合器齿毂的内外齿成形装置的图11中A处放大示意图；

图13为本发明实施例中公开的离合器齿毂的内外齿成形装置的内外齿形件最终成形效果示意图。

元件标号说明

1、凹模；101、第一引入段；102、凹模型腔；2、反顶块；201、支撑柱；202、顶杆；203、第一销钉；3、坯料；4、导向板；401、限位槽；402、安装孔；403、第二销钉；5、凸模滑块；501、第一滑块件；502、第二滑块件；503、第一斜面；504、导向块；505、第一成形部；6、芯棒；601、第二斜面；602、滑槽；7、导柱；8、凸模；801、第二成形部；802、导向带；803、第二引入段。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明中的目标零件为离合器齿毂类零件，其尺寸形状如图1所示，为薄壁筒形件，具有内外齿形；本发明所采用的坯料3为冲压后带有波浪形齿形的预制齿形件，其尺寸形状如图2所示，相较于目标零件，预制齿形件的内外圆角更大。

本发明所涉及离合器齿毂类零件的完整成形工艺流程如图3所示，板料经过线切割等方式加工出圆形坯料，而后经过减薄拉深工艺或者旋压工艺得到圆筒件，圆筒件经过初步冲压得到带有预制齿形的预制齿形件；而后齿形预制坯经过本发明提出的胀形和冲压复合成形工艺得到最终的内外齿零件，也就是目标零件。

请参阅图4至图7，本发明的第一实施例涉及一种离合器齿毂的内外齿成形装置，包括凹模1，凹模1的顶端内侧设有形状为圆角的第一引入段101，且凹模1的内部为带有目标零件外部齿形的凹模型腔102，凹模1的内部穿设有用于固定坯料3的反顶块2，反顶块2包括与坯料3相接触的支撑柱201和安装在支撑柱201上的顶杆202，顶杆202远离支撑柱201的那一端安装在液压机上，反顶块2的上方设有胀形成形组件或冲压成形组件，其中，反顶块2在液压机的作用下能够进行上下移动，从而可以带动坯料3在凹模1内进行上下移动。

请参阅图4、图9和图10，胀形成形组件包括凸模滑块5和驱动凸模滑块5进行径向移动的驱动机构，凸模滑块5的周侧设有与目标零件内部齿形形状相同的第一成形部505，凸模滑块5包括第一滑块件501与第一滑块件501一体成形的第二滑块件502，第一滑块件501的内侧设有第一斜面503，且第一滑块件501的底侧设有位于第二滑块件502侧方的导向块504，第一成形部505设置在第二滑块件502的外侧，驱动机构包括导柱7和可安装在压机上的芯棒6，其中，导柱7能够保证芯棒6在垂直方向上进行上下移动，芯棒6的底部周侧对应第一斜面503设有第二斜面601，第二斜面601与第一斜面503相匹配且第二斜面601与第一斜面503滑动连接，其中，第一斜面503和第二斜面601的倾斜角度均为45度，且芯棒6底部的中心位置开设有与导柱7滑动连接的滑槽602。

请参阅图7、图8和图10，驱动机构还包括导向板4，导向板4上对应导向块504开设有限位槽401，导向块504与限位槽401相匹配且导向块504与限位槽401滑动连接，且导向板4的中心位置还开设有用于安装导柱7的安装孔402，芯棒6在压机的作用下进行上下移动，从而使得第二斜面601对第一斜面503进行挤压，然后带动凸模滑块5上的导向块504在导向板4上的限位槽401内进行径向滑动，达到了对坯料3底部齿形胀形的目的，支撑柱201上对应坯料3上的工艺孔设有若干个第一销钉203，导向板4远离限位槽401的那一侧对应坯料3上的工艺孔设有若干个第二销钉403，第一销钉203和第二销钉403的数量均为三个，坯料3上的工艺孔的数量为六个，通过第一销钉203能够将坯料3初步固定在反顶块2上，第二销钉403能够将坯料3进一步固定在反顶块2上。

请参阅图5、图11和图12，冲压成形组件包括可安装在压机上的凸模8，凸模8的周侧设有与目标零件内部齿形形状相同的第二成形部801，凸模8的底端外侧设有与第二成形部801连接的导向带802，导向带802的尺寸小于目标零件的内部尺寸，凸模8的底端外侧设有与导向带802连接的形状为圆角的第二引入段803，凸模8在液压机的作用下下移使得坯料3经过凹模型腔102完成坯料3内外部齿形的成形，并且因为导向带802的尺寸小于目标零件的内部尺寸，所以有效避免成形过程中齿形内部靠近齿根部分处折叠缺陷的产生。

请参阅图4和图5，本发明的第二实施例涉及一种离合器齿毂的内外齿成形方法，包括胀形成形工序和冲压成形工序，通过反顶块2上的第一销钉203和导向板4上的第二销钉403完成对坯料3的定位，芯棒6在压机的作用下下移使得凸模滑块5做径向滑动，在凸模滑块5和凹模1的作用下完成坯料3底部齿形的胀形，冲压成形工序包括：通过反顶块2上的第一销钉203完成坯料3的定位，凸模8在液压机的作用下下移使得坯料3经过凹模型腔102完成坯料3内外部齿形的成形。

具体的说，在对坯料3进行成形加工时，胀形工序中，这里面需要反顶块2的反顶力使得反顶块位置保持不变，首先将三个第一销钉203插入坯料3底部的三个工艺孔内，从而将坯料3初步固定在反顶块2上面，然后反顶块2在液压机的作用下带动坯料3向下移动，移动至坯料3的上表面与凹模1的上表面平齐后，再将导向板4上的三个第二销钉403插入坯料底部另外三个工艺孔内，从而将坯料3进一步的固定住，这时候使用压机驱动芯棒6下移，此时芯棒6在导柱7上向下滑动，同时使得第二斜面601在第一斜面503上滑动并对第一斜面503进行挤压，从而带动凸模滑块5上的导向块504在限位槽401内进行径向滑动，当达到设定位移量时完成部分齿形成形，其中，压机下移速度采取1～10mm/s为宜，而后压机带动芯棒6上移，再对凸模滑块5与导向板4进行整体旋转，并与坯料3底部未成形区对齐，重复进行成形过程，完成坯料3底部所有齿形的外胀成形。

冲压工序中，首先将三个第一销钉203插入坯料3底部的三个工艺孔内，从而将坯料3固定在反顶块2上，然后压机带动凸模8下移至与坯料3内侧的上底面接触后，继续下移，直至移动至坯料3完全进入到凹模1内，完成除胀形成形区域外剩余部分齿形的成形，其中，压机下移速度范围设定为1～5mm/s；成形结束后，凸模8回程，坯料3与反顶块2在反顶力的作用下顶出，完成最终齿形件的脱出，并且该反顶块2是有反顶力的，也就是液压机也会带动反顶块2上移，但是该反顶力的数值远小于压机的压力值，该反顶力的作用是将坯料3更加牢固的固定在反顶块2上。

进一步的说，上述技术手段经数值模拟验证，在一定摩擦条件下(凹模1摩擦系数为0.1，凸模8摩擦系数为0.12)可明显降低齿形件内外圆角处的最大圆角间隙：初始齿形预制坯最大内、外圆角间隙分别为0.221mm和0.161mm，经上述成形过程后，最终齿形件最大内、外圆角间隙分别减小到0.076mm和0.129mm，分别减小了65.6％和19.9％，且无折叠断裂等缺陷发生，具体的成形效果如图13所示，图13中，(a)为胀形部分中部截面，(b)为冲压部分中部截面。

本发明通过采用胀形和冲压复合成形方法，使得坯料3依次完成底部齿形局部外胀、冲压聚料成形过程，相较于传统制坯加胀形成形多工序工艺流程，本发明通过胀形成形工序只对坯料3的齿根部分进行胀形，促进了坯料3的材料在圆角部分的流动，减小了圆角处的圆角间隙，有效地提升离合器齿毂类零件圆角处的填充质量，并且只对坯料3的齿根部分进行胀，可避免单纯外胀成形过程中胀形力过大的现象；在冲压工序中对凸模添加特定结构特征，也就是在凸模的底部增加了导向带802，导向带802的尺寸小于目标零件的内部尺寸，所以有效避免成形过程中齿形内部靠近齿根部分处折叠缺陷的产生，本发明在结构简单的情况下还使得齿形填充质量较好，所以便于进行推广和使用。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。