專利名稱：嵌壓成形加工齒輪的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(fā)明涉及一種嵌壓成形加工齒輪的方法。 技術(shù)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(shè)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(tǒng)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(gòu)在銑床上進(jìn)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(chǎn) 效率也低。這種方法只適于單件小批生產(chǎn)質(zhì)量要求不高的齒輪。《機械加工工藝手冊》，機械工業(yè)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(chǎn)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(jìn)給，并按一定速比相互滾動，使 輪坯外周產(chǎn)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(xì)齒的零件。對模數(shù)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(chǎn)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(shù)的直齒 圓柱齒輪、內(nèi)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(shù)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(tài)下進(jìn)行的。熱軋齒輪的工藝方法主要包括預(yù)熱、軋制和整形等工序，單件生 產(chǎn)時間平均不到l分鐘，精度可達(dá)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(yù)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(shù)次鍛出齒形。精密模鍛適于加工模數(shù)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(yù)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(hù)氣氛爐中以1100 1150°C的溫度保溫1. 5 2. 0小時進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)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(dá)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(nèi)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?zé)Y(jié)則增加生產(chǎn)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(guān)的 文獻(xiàn)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(fā)明內(nèi)容本發(fā)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(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題。本發(fā)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(shù)量與被所需齒輪的齒谷數(shù)量相同，并與所需齒輪齒形幾何參數(shù) 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(nèi)側(cè)面制有徑 向?qū)Р?，能夠使上述齒形鑲塊在其導(dǎo)槽內(nèi)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?qū)Р蹆?nèi)，圍繞齒坯工件 的待加工表面；4) ，使用加壓設(shè)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(dǎo)向槽向內(nèi)運動，對齒坯工件的待加工表面產(chǎn)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(fā)明相比于上述現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果。高效快捷。本發(fā)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(zhuǎn)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(shù)秒鐘 即可完成，且誤差小，成品率高。材質(zhì)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(zhì)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(nèi)部有孔隙帶來機械強度低的問題。生產(chǎn)成本較低。齒形鑲塊和鑲塊座結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，運用靈活。單件 批量生產(chǎn)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(jié)省材料，降低了生產(chǎn)成本。適用范圍寬。通過本發(fā)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(jù)不同齒形靈活地組裝成多種 形狀結(jié)構(gòu)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(xiàn)無切屑加工。


為了更清楚地理解本發(fā)明，現(xiàn)將通過本發(fā)明實施例，同時參照附圖，來描 述本發(fā)明，其中圖l顯示的是根據(jù)本發(fā)明的一個齒形鑲塊的軸側(cè)透視示意圖。 圖2是齒形鑲塊處于準(zhǔn)備狀態(tài)，放置齒坯工件的示意圖。 圖3是根據(jù)本發(fā)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(jié)時，齒輪已經(jīng)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(jù)本發(fā)明原理設(shè)計的一個齒形鑲塊1的軸側(cè)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(shù)，與被加工齒輪的齒谷橫截面幾何參數(shù)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(dǎo)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(jù)本發(fā)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(shù)量與所加工齒輪的齒數(shù)相同。加工非完整齒輪時， 齒形鑲塊l的數(shù)量則應(yīng)比所加工齒輪的齒數(shù)多l(xiāng)，即與齒谷數(shù)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(jìn)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(nèi)側(cè)面制有徑向?qū)Р郏軌蚴股鲜鳊X形鑲塊1在其徑向?qū)Р刍?。將上?各個齒形鑲塊l，置于所述鑲塊座(未示出)的徑向?qū)Р蹆?nèi)；扇形鑲塊4則與鑲 塊座(未示出)固接。通過加壓設(shè)備(未示出)從外向內(nèi)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(shè)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(zhǔn)備狀態(tài)的情形。齒形鑲塊1在外力P作用下，導(dǎo)向體2在鑲 塊座(未示出)的導(dǎo)向槽向內(nèi)沿箭頭方向背離齒坯工件5水平移動，到最遠(yuǎn)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(zhǔn)備工作就緒。只要外力P改變施壓方向，就進(jìn)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(zhǔn)軸心的徑向 壓力，齒形鑲塊1沿著導(dǎo)向槽向內(nèi)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(xiàn)溝狀齒谷和條狀齒頂。由于扇形鑲塊4靜止不動，相應(yīng)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(jié)時的情形。外力P繼續(xù)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(dāng)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(dǎo)向槽向外滑移，退回如圖2情形的原位， 中部出現(xiàn)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(jù)本發(fā)明的基礎(chǔ)原理是與被加工齒輪的齒谷數(shù)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(shù)，與所加工齒輪的齒谷形面幾何參數(shù)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?qū)Р蹆?nèi)，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(xié)調(diào)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(quán)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(shù)量與所需齒輪的齒谷數(shù)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(dǎo)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(nèi)側(cè)面制有徑向?qū)Р?，能夠使上述齒形鑲塊(1)的導(dǎo)向體(2)在其徑向?qū)Р蹆?nèi)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?qū)Р蹆?nèi)，圍繞齒坯工件(5)的待加工表面；4)使用加壓設(shè)備，對齒形鑲塊(1)施加徑向壓力P，使其沿著鑲塊座的導(dǎo)向槽向內(nèi)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(quán)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(shù)量與齒輪的齒數(shù)相同；加工非完整齒輪時，上述齒 形鑲塊(1)的數(shù)量則與所需齒輪的齒谷數(shù)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(quán)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(shù)與所需齒輪的一個齒谷橫截面的幾何參數(shù)相同。
4. 按權(quán)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(chǎn)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(jié)時成為齒輪。
5. 按權(quán)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(quán)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(shè)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(fā)明公開的一種嵌壓成形加工齒輪的方法，備制其數(shù)量與齒谷數(shù)量相同的齒形鑲塊，兩個內(nèi)側(cè)面有徑向?qū)Р鄣蔫倝K座，將上述齒形鑲塊置于所述鑲塊座的徑向?qū)Р蹆?nèi)，圍繞齒坯工件待加工的表面，用加壓設(shè)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(fā)明方法，工藝步驟簡單，工件無需轉(zhuǎn)動，無切削，一次成形，尺寸精度準(zhǔn)確，效率高，只需數(shù)秒鐘即可完成，成品率高，成本低。齒形鑲塊結(jié)構(gòu)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(xiàn)。
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(yōu)先權(quán)日2008年4月11日
發(fā)明者袁正敏 申請人:袁正敏