CN101907159A - 齿轮的成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种齿轮的成形方法，该成形方法包含如下步骤：首先取得一胚料，其后应用成型模具对胚料进行后向挤制，以形成一内孔，并同时形成适当的胚料轴向长度，随后进行精密冲切，以去除胚料的内孔在轴线方向上所余的实心胚料部分而形成通孔，接着修整该通孔以形成高精度内孔；以及基于该高精度内孔进行定位，以进行胚料外轮廓齿型的冲压作业而形成齿轮。采用本发明，可减少热冷间锻造所需要的换模时间，并可由单一冷间锻造成形法完成，可大幅减少加工时间与成本。

Description

齿轮的成形方法

技术领域

本发明涉及一种齿轮的成形方法，特别是涉及一种全程连续冷间锻造的齿轮的成形方法。

背景技术

请参照图1A所示的现有技术的齿轮热锻成型方法的流程示意图。公知的一般传统齿轮成形方式大多利用热锻方式成形，其制造流程大致为先将所取得的如棒材之类的胚料加热到再结晶温度以上，再以热锻锻粗至所需要的胚料长度，之后再经由喷砂及机械加工等步骤来形成齿轮。然而上述热锻成形的主要缺点在于其成形过程中是采用将胚料(如棒材等)加热到再结晶温度以上，往往造成该齿轮成形后会有氧化皮的脱落及造成表面脱碳，使最终制成的齿轮的尺寸精度与表面粗糙度不易控制，甚至超过所设计的锻胚制造公差，造成精度不佳，无法应用于较微小齿轮的制造。

公知的一般传统齿轮成形方式，近年已逐渐针对需要较高精度尺寸要求的部分而在终段采用冷锻精整方式，以确保齿轮成形的精度，然而采用热冷锻复合方式虽可提高小齿轮精度，但仍需要先行处理热锻所造成的氧化皮及表面脱碳层部分，增加后续的再加工与时间上的耗费。

另外请参照图1B所示的现有技术的齿轮冷热锻成型方法的流程示意图。其是先将所取得的如棒材之类的胚料加热到再结晶温度以上，再以热锻锻粗至所需要的胚料长度，之后再经由修整、冷锻整形及压印加工等步骤来形成齿轮。公知的一般传统齿轮成形方式是利用单道次冷锻方式成形，对于所要开发的微小齿轮(其模数在1以下且齿数为13～20齿左右)，易因瞬间冷间成形的加工硬化而产生极大的变形抵抗负荷，造成微小齿轮不易成形，甚至导致冲头断裂。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种连续式全程冷间锻造成形方法，其利用多道工步的体积分配设计，分段降低负荷以完成齿轮成形锻造。

本发明为解决上述问题所提出的齿轮成形方法包含如下步骤：对一胚料进行后向挤制，以形成具有一盲孔的锻胚，该锻胚具有适当的轴向长度及径向尺寸；进行精密冲切，以去除锻胚的盲孔所余的实心胚料部分而形成通孔；以及基于通孔进行锻胚外轮廓齿型的冲锻作业的定位，并冲锻形成齿轮。

上述的齿轮成形方法中，在应用成型模具对一胚料进行后向挤制的步骤之前，可预先在垂直于胚料轴向的端面冲制定位孔。

上述的齿轮成形方法中，可在进行精密冲切步骤的同时或之后修整该锻胚的通孔，以形成较佳的真圆度及表面粗糙度的高精度内孔。

上述的齿轮成形方法中，其盲孔所余实心胚料部分的厚度小于或等于进行精密冲切时可直接切削下料的厚度。

上述的齿轮成形方法中，其齿轮为微型齿轮，并且为正齿轮，且上述的齿轮成形方法的全步骤为连续全程冷锻方式。

本发明的特点在于，本发明的制造方法是利用连续式冷间锻造成形方法，主要利用精微水平锻造机台的连续操作来进行短时间内极大量的齿轮生产，其为此制造技术的一大优点，其原理为将原本一单道次的冷间锻粗成形，因过大的负荷而造成模具损坏(大多为冲头断裂)，而本发明先行在齿轮最终成形前(第六道工步)利用前面五道工步的体积分配的设计，使得负荷能够分段降低，并且在一定的机台设备规格内(大多为六道次以内)完成该齿轮的成形锻造。

如前所述，本发明的制造方法因其负荷经由多道次的降低，使得模具的成形负荷减少许多，除可避免模具损坏之外，还同时增加了该模具可进行大批量生产的次数(模具寿命相对提高)，可大幅降低生产成本，提高其产能效益。

本发明的制造方法摒除了公知的齿轮热锻法，一般热锻法由于其精度受其氧化皮层与表面脱碳层的影响，往往在后段高精度切削中耗费许多人工，若依据本发明所提的制造方法，不仅可减少加工成本，还可减少材料上的浪费。

本发明的制造方法摒除了公知的齿轮热冷复合锻法，由于一般热锻法的精度不佳，所以现已有采用冷锻精整方式代替传统高精度切削的后加工，然而，若采用本发明所提出的制造方法，可减少热冷间锻造所需要的换模时间，并可由单一冷间锻造成形法完成，可大幅减少加工时间与成本。

本发明是先行针对内孔以一定精度成形，再以内孔为基准，利用冲压成形外轮廓，使齿轮在装配时的内孔精度与组装时的外形精度可达到所要求的公差精度内，提高齿轮的传动效率。

本发明利用精微齿轮连续冷间成形方式(Micro-gear progressive cold forming method)，其具有诸多有益特点：精度高，可避免热锻所产生的尺寸误差；全程冷锻方式可减少热锻至冷锻过程中的繁杂的加工与合模操作；利用多道次的成形负荷分配，可突破冷锻微小齿轮不易成形的瓶颈；因全程采用冷间锻造成形，其材料易同时因应变情况而使得机械强度更高，使齿轮的使用寿命提高许多。

附图说明

图1A示出现有技术的齿轮热锻成型方法的流程示意图；

图1B示出现有技术的齿轮冷热锻成型方法的流程示意图；

图2示出本发明实施例的齿轮连续冷间锻造成形的流程示意图；

图3A示出本发明实施例的取得胚料步骤的结构示意图；

图3B～图3C示出本发明实施例的冲双边定位孔步骤的结构示意图；

图3D示出本发明实施例的对一胚料进行后向挤制步骤形成一锻胚的结构示意图；

图3E示出本发明实施例的进行精密冲切步骤的结构示意图；

图3F示出本发明实施例的修整该通孔以形成一高精度内孔的结构示意图；

图3G示出本发明实施例的进行该锻胚外轮廓齿型的冲锻作业的结构示意图；以及

图3H示出图3G的正面剖视图。

其中，附图标记说明如下：

10 胚料           10′ 锻胚

11 定位孔         12   盲孔

13 通孔           14   高精度内孔

15 外轮廓齿型      20 齿轮

t  轴向长度        d  径向尺寸

b  齿面宽度

具体实施方式

现配合附图将本发明优选实施例详细说明如下。

首先请参照图2所示的本发明实施例的齿轮连续冷间锻造成形的流程示意图。其中齿轮成型的步骤包含：

取得胚料10，一般锻造齿轮所使用的胚料10为一棒状金属材料，如碳钢，由该棒状金属材料剪取适当的长度作为待加工的胚料10(步骤S100)，请同时参照图3A所示的本发明实施例的取得胚料步骤的结构示意图。

在垂直于该胚料10轴向的两个端面冲双边定位孔11(步骤S110)，以将胚料正确定位在加工设备的成型模具中，请同时参照图3B～图3C，其所示为本发明实施例的冲双边定位孔步骤的结构示意图。于本实施例中，该胚料10的两个端面均冲制定位孔11，但本发明的应用并不以此为限，也可仅于该胚料10的一端面冲制定位孔11。

应用成型模具(图中未示出)对该胚料10进行后向挤制，以形成具有一盲孔12的锻胚10′，进行后向挤制加工时，该胚料10的前向受成型模具的限制而无法向前流动，而该胚料10的后向具有一开放的空间，该胚料10可由此向后流动而形成一具有适当的轴向长度t的锻胚10′，另一方面，也因为成型模具的限制，锻胚10′在径向尺寸d上可获得适当的变形度(步骤S120)，优选地，该锻胚10′的径向尺寸d与轴向长度t之间存在下列关系：t≤d≤3t，请同时参照图3D所示的本发明实施例的对一胚料进行后向挤制步骤形成一锻胚10′的结构示意图。

进行精密冲切，应用冲切模具去除该锻胚10′的该盲孔12所余留的实心胚料部分而形成一通孔13(步骤S130)，请同时参照图3E所示的本发明实施例的进行精密冲切步骤的结构示意图。

优选地，于进行精密冲切步骤的同时或之后，可应用更精密的冲切模具修整该锻胚10′的通孔13，以形成较佳的真圆度及表面粗糙度的高精度内孔14(步骤S140)，请同时参照图3F所示的本发明实施例的修整该通孔以形成一高精度内孔的结构示意图。

基于该通孔13或高精度内孔14进行该锻胚10′的外轮廓齿型15的冲锻成形的定位，并进行冲锻作业，该锻胚10′因冲锻模具的挤压而径向流动并充满冲锻模具的模穴，而形成齿轮20的外轮廓齿形15，以确保最终外轮廓齿形15与该通孔13或高精度内孔14的相对精度，使齿轮在装配时的内孔精度与组装时的外形精度可达到所要求的公差精度范围(步骤S150)，进行冲锻步骤时，锻胚10′因冲锻模具的挤压而径向流动，使得该锻胚10′的轴向长度t大于齿轮20成形后的齿面宽度b，且该锻胚10′的径向尺寸d小于齿轮20的齿冠圆直径，请参照图3G所示的本发明实施例的进行该胚料外轮廓齿型的冲锻作业的结构示意图、以及图3H所示的图3G的正面剖视图。

优选地，本发明齿轮的成形方法适用于模数小于或等于1，齿数约介于12至20齿之间的微型齿轮，优选地，前述的微型齿轮为正齿轮。

通过本发明齿轮的成形方法的前五个步骤(步骤S100～步骤S140)的预胚成形过程，可减少其在第六步骤(步骤S150)齿轮冲锻成形的成形负荷，以便替代现有技术中的热锻加热过程，减少加工硬化现象的产生。由上述实施例的说明可知，在齿轮成形过程中均无需加热设备的加热，现今虽已有部分齿轮采用冷热锻的方式成形，然而该冷热锻成形法在生产过程中仍需要加热设备，且冷锻精整的效果仍受制于热锻精度的优劣；反观本实施例的制造方法，与传统的齿轮成形的差异点在于传统的齿轮成形大多先进行锻粗成形，再由机械加工或是冷锻成形修整，本发明的一特点在于适当地采用后向挤制成形技术，其用意有两方面：第一，利用后向挤制方式成形所需的锻胚长度，而非利用锻粗方式；第二，利用后向挤制方式，使盲孔实心部分减少至在第四步骤(步骤S130)可直接冲切下料的厚度，以便于第五步骤(步骤S140)的内孔精整，以提高整体齿轮内孔精度，还有助于第六步骤(步骤S150)最终冲锻时的定位精度。

综上所述，以上仅记载了本发明为解决其技术问题所采用的技术手段的实施方式或实施例而已，而并非用来限定本发明专利实施的范围。即凡是与本发明权利要求书的内容相符，或依据本发明权利要求书所做的等效变化与修饰，均为本发明的权利要求书所涵盖。

Claims (12)

1.一种齿轮的成形方法，其包含下列步骤：

应用成型模具对一胚料进行后向挤制，以形成具有一盲孔的锻胚，该锻胚形成适当的轴向长度及径向尺寸；

进行精密冲切，以去除该锻胚的该盲孔所余的实心胚料部分而形成一通孔；以及

依据该通孔进行定位，以进行该胚料外轮廓齿型的冲锻作业，形成该齿轮。

2.如权利要求1所述的成形方法，其中在应用成型模具对一胚料进行后向挤制的步骤之前，还包含在垂直于该胚料的轴向的端面冲制定位孔的步骤。

3.如权利要求1所述的成形方法，其中该盲孔所余的实心胚料部分的厚度小于或等于进行精密冲切步骤可直接切削下料的厚度。

4.如权利要求1所述的成形方法，其中在进行精密冲切步骤的同时或之后，还包含修整该通孔以形成一高精度内孔的步骤。

5.如权利要求1所述的成形方法，其中该锻胚的径向尺寸大于或等于该锻胚的轴向长度且小于或等于3倍的该锻胚的轴向长度。

6.如权利要求1所述的成形方法，其中该齿轮为微型齿轮。

7.如权利要求6所述的成形方法，其中该微型齿轮为正齿轮。

8.如权利要求7所述的成形方法，其中该正齿轮的模数小于或等于1。

9.如权利要求1所述的成形方法，其中该成形方法为连续全程冷锻的方式。

10.一种如权利要求1所述的成形方法所制成的齿轮，其中该齿轮为一微型齿轮。

11.如权利要求10所述的齿轮，其中该微型齿轮为一正齿轮。

12.如权利要求11所述的齿轮，其中该正齿轮的模数小于或等于1。

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