專利名稱：嵌壓成形加工齒輪的方法
技術領域：
本發明涉及一種齒輪制造方法，尤其是無切削加工齒輪的方法，更具體地說 本發明涉及一種嵌壓成形加工齒輪的方法。 技術背景目前制造齒輪的加工方法主要有切削加工和無切削加工二種。 切削加工齒輪齒部的方法包括滾削、插削、銑削、剃削、珩削、推削、拉削、磨削等切削加工方法。即滾齒、插齒、剃齒、珩齒、銑齒、拉齒等設備加工齒輪。上述切削加工制造齒輪的成形方法，雖然都是傳統的成熟工藝，但是均有 金屬變成廢屑，浪費材料，而且大都不能加工齒軸和非完整齒輪。銑齒法是利用盤形齒輪銑刀配合分度機構在銑床上進行單齒加工。雖然也 能加工齒軸和非完整齒輪，但所得齒形常有較大誤差，加工精度較低，且生產 效率也低。這種方法只適于單件小批生產質量要求不高的齒輪。《機械加工工藝手冊》，機械工業出版社2007年版第4—50頁，推薦的外 齒輪推削法，雖能加工非完整齒輪，但都屬于有屑加工范疇，浪費材料，且刀 具制造成本高而使用壽命短，生產率低而總成本偏高。目前齒輪的無屑加工方法主要有冷軋齒輪、冷鍛齒輪、沖裁齒輪、熱軋齒 輪、精密模鍛齒、粉末冶金齒輪。冷軋齒輪將齒輪形的軋輪向輪坯徑向進給，并按一定速比相互滾動，使 輪坯外周產生塑性變形軋出齒形。冷軋可加工圓柱齒輪(直齒或^f齒)、非圓齒輪或帶細齒的零件。對模數小于2.5毫米的齒輪,可從輪壞直接軋出齒形。但 軋輪(齒條)在軋制過程中，每一齒都要受到很大的彎、剪、拉、壓、扭各種 外力，影響使用壽命，而且不能加工非完齒輪。冷鍛齒輪有冷擠和冷鐓兩種。冷擠是利用凸模和凹模的相對移動產生擠 壓力，使坯料在模具的約束下塑性流動而得到齒形，常用于加工小模數的直齒 圓柱齒輪、內齒輪等。冷鐓是利用上模的錘擊力使坯料在模具中受壓縮而橫向 流動形成齒形，常用于加工錐齒輪。通常需先把坯料頭部鐓粗，然后再鐓鍛齒 形。冷鐓后的齒輪帶有飛邊，需用切削加工切去，浪費材料。由于受模具強度 限制，不能加工齒軸。沖裁齒輪是利用齒輪形的沖壓模，通過凸模和凹模從板料沖切出齒輪，適 于加工模數小于6毫米、厚度小于10毫米的片齒輪、齒條、棘輪、鐘表齒輪和 儀表齒輪等。但不能加工齒軸和較厚的齒輪。熱軋齒輪工作原理與冷軋相同，但熱軋是在工件加熱到100(TC以上的熱塑 狀態下進行的。熱軋齒輪的工藝方法主要包括預熱、軋制和整形等工序，單件生 產時間平均不到l分鐘，精度可達8 9級， 一般不再精加工就可直接采用。但 對精度要求較高的齒輪，在熱軋時需要預留0. 2毫米加工余量，用剃齒機或蝸 桿砂輪磨齒機精切齒形，屬于少屑加工法，而且不能加工非完整齒輪。精密模鍛齒輪是把輪坯加熱到1000 115(TC，放到鍛錘的下模中，用上 模錘擊數次鍛出齒形。精密模鍛適于加工模數小于4毫米的直齒或曲線齒錐齒 輪。精密模鍛后的齒輪需先去除飛邊。對于精度要求較高的齒輪，要在模鍛工 序中預留0.5毫米加工余量，以便最后用機床精切齒形，屬于少屑加工法，也不 能加工齒軸。粉末冶金齒輪是將一般鐵粉占93 98%，銅粉占1. 5 4%，石墨占0 0. 3% 金屬粉末原料，在模具中壓制成形，然后將輪坯在保護氣氛爐中以1100 1150°C的溫度保溫1. 5 2. 0小時進行燒結。燒結后的齒輪一般不必或很少切削加工。 粉末冶金齒輪的精度可達9級左右。用粉末冶金方法可加工各種齒形的齒輪， 但制成的齒輪內部一般含有5%以上的孔隙，機械強度較低，無法加工尺寸較大 的齒輪或齒軸。而高溫燒結則增加生產成本。綜上所述，目前，高效、低成本加工非完整齒輪和齒軸的方法一直是齒輪 制造中的難題。真正能夠高效加工非完整齒輪和齒軸的方法至今未見有相關的 文獻報道。雖然其原因很多，但最重要的還是缺少高效率、高精度、低成本的 加工方法。 發明內容本發明的目的在于提供一種壽命長，成本低；效率高，誤差小、既能無屑 加工完整齒輪和非完整齒輪，又能無屑加工齒軸和非圓齒輪，能夠一次成形制 造齒輪的嵌壓成形加工方法，以解決現有技術中存在的上述問題。本發明提供的一種嵌壓成形加工齒輪的方法，包括如下步驟1) .制備數量與被所需齒輪的齒谷數量相同，并與所需齒輪齒形幾何參數 相同的齒形鑲塊；2) .制備兩塊上下對稱，形狀大小一致的鑲塊座，且其上下內側面制有徑 向導槽，能夠使上述齒形鑲塊在其導槽內水平滑移，該鑲塊座為靜止fh3) .將上述各個齒形鑲塊，置于所述鑲塊座的徑向導槽內，圍繞齒坯工件 的待加工表面；4) ，使用加壓設備，從外部對齒形鑲塊施加徑向壓力P，使齒形鑲塊沿著鑲 塊座的導向槽向內運動，對齒坯工件的待加工表面產生嵌入和擠壓，直到齒坯 材料表面局部塑性變形最終成為齒輪。本發明相比于上述現有技術具有如下有益效果。高效快捷。本發明用齒形鑲塊，圍繞齒坯，徑向擠壓齒坯材料變形成為齒輪的方法，工藝步驟簡單，加工周期短，工件無需轉動，成型后的齒輪不必切 削加工，效率高，齒輪制造一次成形， 一個齒輪擠壓出齒形的時間只需數秒鐘 即可完成，且誤差小，成品率高。材質強度提高。工件無需加熱到熱塑狀，無屑冷擠壓的齒輪，齒面冷作硬 化后材質更加密實，機械強度有所提高。避免了粉末冶金法加工的各種齒形齒 輪，內部有孔隙帶來機械強度低的問題。生產成本較低。齒形鑲塊和鑲塊座結構簡單，加工方便，運用靈活。單件 批量生產同樣適用。齒形鑲塊只受壓力，不受彎、剪、拉、扭各種外力的影響， 使用壽命長，同時無屑加工節省材料，降低了生產成本。適用范圍寬。通過本發明提供的齒形鑲塊和鑲塊座，不僅能加工出非完齒 輪和完整齒輪或齒軸和非圓齒輪，而且還可以根據不同齒形靈活地組裝成多種 形狀結構齒輪的加工形式。無論是漸開線、擺線、圓弧線的齒面，正齒、斜齒、 錐齒的齒形，或是非圓齒輪，都能實現無切屑加工。
為了更清楚地理解本發明，現將通過本發明實施例，同時參照附圖，來描 述本發明，其中圖l顯示的是根據本發明的一個齒形鑲塊的軸側透視示意圖。 圖2是齒形鑲塊處于準備狀態，放置齒坯工件的示意圖。 圖3是根據本發明方法徑向嵌入和擠壓齒輪過程的示意圖。 圖4是齒坯被嵌壓加工成形齒輪終結時，齒輪已經形成而齒形鑲塊尚未退出時的示意圖。
具體實施方式
圖1中顯示的是根據本發明原理設計的一個齒形鑲塊1的軸側透視形狀。 在齒形鑲塊1的前端制有齒形刃口工作面3，其橫截面幾何參數，與被加工齒輪的齒谷橫截面幾何參數完全相同；在齒形鑲塊1的上下端面上制有突出表面的 矩形條狀導向體2。齒形鑲塊1的工作面的形狀，與所加工齒輪的形面相吻合， 其上的齒輪輪廓可以是漸開線、擺線、圓弧線的齒面，正齒、斜齒、錐齒的齒 形形狀。圖2 圖4描述了根據本發明方法制造非完整齒輪的一個實施例。通常加工 完整齒輪時，齒形鑲塊l的數量與所加工齒輪的齒數相同。加工非完整齒輪時， 齒形鑲塊l的數量則應比所加工齒輪的齒數多l，即與齒谷數量相同，同時在齒 坯工件5的非加工部位安裝一個扇形鑲塊4并與鑲塊座(未示出)固接。加工步驟可采用下述步驟進行先將上述制備的與被加工齒輪的齒谷相同 的齒形鑲塊1。制備兩塊上下對稱，形狀大小一致的鑲塊座(未示出)，且其各 自的內側面制有徑向導槽，能夠使上述齒形鑲塊1在其徑向導槽滑移。將上述 各個齒形鑲塊l，置于所述鑲塊座(未示出)的徑向導槽內；扇形鑲塊4則與鑲 塊座(未示出)固接。通過加壓設備(未示出)從外向內對齒形鑲塊1徑向施 壓，使齒形鑲塊1能隨外力的作用下作水平徑向運動，對齒坯工件5的待加工 表面施壓，齒形鑲塊1的前端刃口嵌入和擠壓齒坯，材料表面局部塑性變形， 嵌入部位成為齒根，隆起部位成為齒頂，最終成為所需的齒輪。來自加壓設備提供的外力，可以是液壓力、氣壓力、機械力、電動力。圖2是處于準備狀態的情形。齒形鑲塊1在外力P作用下，導向體2在鑲 塊座(未示出)的導向槽向內沿箭頭方向背離齒坯工件5水平移動，到最遠點 處停止，齒形鑲塊l相互之間有間隙，齒形鑲塊1與齒坯工件5之間也有間隙， 放入齒坯工件5，準備工作就緒。只要外力P改變施壓方向，就進入下一工序。圖3為齒坯工件5被嵌壓加工到一半時的情形。外力P為對準軸心的徑向 壓力，齒形鑲塊1沿著導向槽向內運動，對齒坯工件5的待加工表面施壓，使 其局部塑性變形，開始出現溝狀齒谷和條狀齒頂。由于扇形鑲塊4靜止不動，相應部位的齒坯保持圓柱面，最終形成非完整齒輪。圖4為齒坯被嵌壓加工終結時的情形。外力P繼續向軸心0施壓，各個齒 形鑲塊1之間的間隙為零，齒坯工件5的待加工面被嵌壓成一個非完整齒輪， 而齒形鑲塊1尚未退出時的情形。當完成一個非完整齒輪被嵌壓成型后，通過與圖4所示箭頭反徑向外力P， 齒形鑲塊1沿鑲塊座(未示出)的導向槽向外滑移，退回如圖2情形的原位， 中部出現空隙，以便取出加工好的齒輪后，再安放下一個齒坯，完成一個齒輪 工件的加工周期。根據本發明的基礎原理是與被加工齒輪的齒谷數量相同的齒形鑲塊l，其前端齒形刃口工作面3形面的幾何參數，與所加工齒輪的齒谷形面幾何參數相 同，圍繞待加工齒坯工件5，并置于鑲塊座(未示出)靜止的徑向導槽內，同時 齒形鑲塊1在外力P的作用下，徑向運動，其齒形刃口工作面3沿圖中箭頭方 向嵌入和擠壓齒坯工件5的待加工表面，不是一個齒形鑲塊1單獨獨立的作用， 而是多個齒形鑲塊1同時同步相向協調作用，并在相互約束條件下，齒坯表面 材料塑性流動成形而得到所需的齒輪。
權利要求
1.一種嵌壓成形加工齒輪的方法，包括如下步驟1)制備數量與所需齒輪的齒谷數量相同，其前端齒形刃口工作面(3)的上下兩面有突出表面的矩形條狀導向體(2)；2)制備兩塊上下對稱，形狀大小一致的鑲塊座，且上下兩個內側面制有徑向導槽，能夠使上述齒形鑲塊(1)的導向體(2)在其徑向導槽內水平滑移，并且該兩塊鑲塊座均為靜止件；3)將上述齒形鑲塊(1)，置于上述鑲塊座的徑向導槽內，圍繞齒坯工件(5)的待加工表面；4)使用加壓設備，對齒形鑲塊(1)施加徑向壓力P，使其沿著鑲塊座的導向槽向內水平移動，對齒坯工件(5)的待加工表面實施徑向擠壓，直到齒坯材料表面局部塑性變形成為齒輪。
2. 按權利要求1所述的嵌壓成形加工齒輪的方法，其特征在于，加工完整 齒輪時，齒形鑲塊(1)的數量與齒輪的齒數相同；加工非完整齒輪時，上述齒 形鑲塊(1)的數量則與所需齒輪的齒谷數量相同，同時在齒坯工件(5)的非 加工部位，安裝一個扇形鑲塊(4)，并與靜止的鑲塊座固接。
3. 按權利要求1所述的嵌壓成形加工齒輪的方法，其特征在于，齒形鑲塊 (1)的前端制有齒形刃口工作面(3)，其橫截面的幾何參數與所需齒輪的一個齒谷橫截面的幾何參數相同。
4. 按權利要求2所述的嵌壓成形加工齒輪的方法，其特征在于，齒形鑲塊 (1)在外力P的作用下，沿徑向運動擠壓齒坯工件(5)的表面產生局部塑性變形，齒形鑲塊(1)的齒形刃口工作面(3)嵌入齒坯而形成齒根，而隆起部 分形成齒頂，擠壓終結時成為齒輪。
5. 按權利要求3所述的嵌壓成形加工齒輪的方法，其特征在于，齒形鑲塊 (1)前端的齒形刃口工作面(3)的表面幾何形狀，包括漸開線、擺線、圓弧線的齒面，正齒、斜齒、錐齒的齒形形狀。
6. 按權利要求3所述的嵌壓成形加工齒輪的方法，其特征在于，所述的加 壓設備包括，液壓裝置、氣壓裝置、機械壓力裝置或電動力裝置。
全文摘要
本發明公開的一種嵌壓成形加工齒輪的方法，備制其數量與齒谷數量相同的齒形鑲塊，兩個內側面有徑向導槽的鑲塊座，將上述齒形鑲塊置于所述鑲塊座的徑向導槽內，圍繞齒坯工件待加工的表面，用加壓設備對齒形鑲塊外圍向工件施加徑向壓力，齒形鑲塊前端刃口嵌入同時擠壓工件，使齒坯材料表面局部變形成為齒輪。本發明方法，工藝步驟簡單，工件無需轉動，無切削，一次成形，尺寸精度準確，效率高，只需數秒鐘即可完成，成品率高，成本低。齒形鑲塊結構簡單，只承受壓力，使用壽命長。能夠無切削加工出齒軸和完整齒輪或非完整齒輪或非圓齒輪。漸開線、擺線、圓弧線齒面，正齒、斜齒、錐齒的齒形均可實現。
文檔編號B21C23/02GK101249523SQ20081004423
公開日2008年8月27日 申請日期2008年4月11日 優先權日2008年4月11日
發明者袁正敏 申請人:袁正敏