CN109623299A - 一种旋压制造齿形的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种旋压制造齿形的方法，特点是通过旋压工艺利用齿形模具直接在坯料上压制出齿形。具体工序为：旋压坯料的准备和装机、齿形旋压成形、成型件的精加工和热处理。本发明针对现有技术难以兼顾制造精度和生产效率以及高成本的刀具和设备的技术问题，提出了旋压制造齿形的方法。旋压制造齿形加工过程中材料的变形性质类似于锻造，因而可以产生有利于受力和提高使用寿命的细晶组织和纤维组织分布，产品强度高、韧性好；相较于传统的切削加工，大幅度地提高了材料的使用率，降低了材料成本；制造过程中的设备主要涉及旋压机，设备采购和运营成本低；加工过程中不需要消耗其它耗材，没有严重的噪音，有利于环保和职业健康。

Description

一种旋压制造齿形的方法
技术领域
本发明涉及机械加工领域，尤其涉及一种旋压制造齿形的方法。
背景技术
在机械加工领域，齿形加工的方法有很多种，一般有铣齿，成形磨齿，滚齿，剃齿，插齿，展成法磨齿和粉末冶金法和滚制：
1.铣齿，采用盘形模数铣刀或指状铣刀铣齿属于成形法加工，铣刀刀齿截面形状与齿轮齿间形状相对应。此种方法加工效率和加工精度均较低，仅适用于单件小批生产。
2.成形磨齿，也属于成形法加工，因砂轮不易修整，使用较少。
3.滚齿，属于展成法加工，其工作原理相当于一对螺旋齿轮啮合。齿轮滚刀的原型是一个螺旋角很大的螺旋齿轮，因齿数很少(通常齿数z＝1)，牙齿很长，绕在轴上形成一个螺旋升角很小的蜗杆，再经过开槽和铲齿，便成为了具有切削刃和后角的滚刀。
4.剃齿，在大批量生产中剃齿是非淬硬齿面常用的精加工方法。其工作原理是利用剃齿刀与被加工齿轮作自由啮合运动，借助于两者之间的相对滑移，从齿面上剃下很细的切屑，以提高齿面的精度。剃齿还可形成鼓形齿，用以改善齿面接触区位置。
5.插齿，插齿是除滚齿以外常用的一种利用展成法的切齿工艺。插齿时，插齿刀与工件相当于一对圆柱齿轮的啮合。插齿刀的往复运动是插齿的主运动，而插齿刀与工件按一定比例关系所作的圆周运动是插齿的进给运动。
6.展成法磨齿，展成法磨齿的切削运动与滚齿相似，是一种齿形精加工方法，特别是对于淬硬齿轮，往往是唯一的精加工方法。展成法磨齿可以采用蜗杆砂轮磨削，也可以采用锥形砂轮或碟形砂轮磨削。
7.粉末冶金齿轮，一种适合批量生产，高精度。地在因的齿轮加工方法，更具有高效率、低成本的特征。其方法是将混合好的金属粉末通过专业的粉末冶金压机压入预先制作好的模具中，形成粉末冶金毛坯，然后通过高温烧结，不锈钢粉末冶金齿轮通过真空炉烧结，最后浸泡防锈油或者及加工。精度高的还可以精整，效率非常高，一台设备一天可达三万件。
8.滚制，齿轮的滚制加工有利用成形法与展成法。利用展成法的滚制是利用齿条与小齿轮、小齿轮与大齿轮、内齿轮与小齿轮的啮合；将淬火硬化的齿条型工具、小齿条型工具、内齿形工具按压于齿轮轮坯，使轮坯滚动，借塑性变形加工成齿形。利用成形法的滚制使用对应于滚制齿轮的齿轮形状的成形滚制刀具，籍特殊的滚轧加工成形齿轮。
以上方法各有特点但均有不足之处。最突出的问题在于：铣齿，成形磨齿，这几种成形法加工精度较低，加工过程中需要多次不连续分齿，生产率也很低；滚齿，剃齿，插齿这几种展成法以及粉末冶金法和滚制发加工精度和生产率较高，但是都需要专用刀具和设备且价格昂贵。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种旋压制造齿形的方法，解决现有技术中的难以兼顾制造精度和生产效率以及高成本的刀具和设备的技术问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：本发明公开了一种旋压制造齿形的方法，特点是通过旋压工艺利用齿形模具直接在坯料上旋压生产出相应的齿形。旋压是将平板或空心坯料固定在旋压机的模具上，在坯料随机床主轴转动的同时，用旋轮加压于坯料，使之产生局部的塑性变形。在旋轮的进给运动和坯料的旋转运动共同作用下，使局部的塑性变形逐步地扩展到坯料的全部表面，并紧贴于模具，完成零件的旋压加工。旋压是一种特殊的成形方法。用旋压方法可以完成各种形状旋转体的拉深、翻边、缩口、胀形和卷边等工艺。
本发明包括以下加工步骤：旋压坯料准备：选取板材作为原材，下圆形旋压坯料，冲中心定位孔；旋压坯料装机：在强力旋压机的旋压下模座上安装齿形模，将步骤A得到的旋压坯料固定在旋压齿形模上；齿形旋压成形：让强力旋压机的主轴旋转，由强力旋压机的主轴带动旋压下模座、旋压坯料和齿形模一同旋转；用强力旋压机的旋轮按照预先设定好的程序沿着旋压坯料或齿形模的柱面径向和轴向移动，使旋压坯料的表面贴向齿形模表面从而形成具有齿形形状的成型件；对成型件进行后期精加工和热处理。
进一步的，为便于在强力旋压机的旋压下模座上安装齿形模，在旋压外齿轮时，旋压坯料的外径等于所述齿形模的齿顶圆直径，二者之间呈间隙配合；在旋压外齿轮时，旋压坯料的中心孔直径等于所述齿形模的齿顶圆直径，二者之间呈间隙配合。
进一步的，板材的材质为钢、铜合金、铝合金、镁合金。
进一步的，为了在齿长方向进行完整的加工，齿形模与旋轮之间的工作面，以及旋轮与旋压坯料之间的工作面均为圆柱面，圆柱面的高度与旋压坯料的齿形部位厚度匹配。
进一步的，为了保证齿形的精度，齿形模与旋压坯料之间的工作面为齿形面，所述齿形模的高度大于所述旋压坯料的厚度。
进一步的，为了保证生产率，所述步骤C中，齿形旋压成形时，强力旋压机主轴转速设为600-800转/分，旋轮进给率为0.05-0.1毫米/转，旋轮的压力设为20-40吨。转速及进给速度的选取是综合考虑设备、材质以及成形工艺而定的，旋轮压力是针对材料变形抗力而定的，旋轮压力需要大于材料的变形抗力。
进一步的，为了在旋压后消除可能的零件尺寸变形和余料，安排机械精加工，方式为车削、铣削、磨削及钻削。
进一步的，为了消除残余应力，保证旋压后的齿轮零件尺寸的稳定性和提高硬度、耐磨性和强度等力学性能，安排最终热处理。热处理为消除应力热处理或强化热处理。
本发明提出的旋压制造齿形的方法，加工过程中材料的变形性质类似于锻造，因而可以产生有利于受力和提高使用寿命的细晶组织和纤维组织分布，产品强度高、韧性好；相较于传统的切削加工，大幅度地提高了材料的使用率，降低了材料成本；制造过程中的设备主要涉及旋压机，设备采购和运营成本低；加工过程中不需要消耗其它耗材，没有严重的噪音，有利于环保和职业健康。
附图说明
图1为本发明实施例1轴测图；
图2为本发明实施例1爆炸图；
图3为本发明实施例2轴测图；
图4为本发明实施例3轴测图；
图5为本发明实施例4轴测图；
图6为本发明实施例5剖视图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
实施例1公开了一种旋压制造齿形的方法，包括旋压坯料准备、旋压坯料装机、齿形旋压成形以及后期处理，其中旋压成形过程如图1和图2所示。具体过程为，选取低碳钢板材作为原材，下圆形旋压坯料1并喷砂，冲中心定位孔；旋压坯料1装机：在强力旋压机2的旋压下模座3上安装齿形模4，将旋压坯料1固定在旋压下模座3上并与齿形模4共轴；齿形旋压成形：让强力旋压机2的主轴旋转，由强力旋压机2的主轴带动旋压下模座3、旋压坯料1和齿形模4一同旋转；用强力旋压机的旋轮5按照预先设定好的程序沿着齿形模4的内圆柱面径向和轴向移动，由内侧向齿形模4实施外向压力，使旋压坯料1的内表面贴向齿形模4的表面从而形成具有齿形形状的成型件；对成型件进行后期精加工和热处理。其中，齿形模的高度为44mm，大于旋压坯料的40mm厚度。强力旋压机型号为：CDC700，强力旋压机主轴转速设为600转/分，旋轮进给率为0.05毫米/转，旋轮的压力设为40吨。旋压后利用车削完成机械精加工，保证零件的关键尺寸不超过容差。由于低碳钢对热处理不敏感，本实施例不需要热处理。对于中碳钢或高碳钢的零件，则需要通过淬火+高温回火做最终热处理。
实施例2
实施例2公开了一种旋压制造齿形的方法，包括旋压坯料准备、旋压坯料装机、齿形旋压成形以及成型件进行后期精加工和热处理，如图3所示。其中，强力旋压机的旋轮5按照预先设定好的程序沿着旋压坯料1的外圆柱面径向和轴向移动，由外侧向旋压坯料1实施内向压力，使旋压坯料1的内表面贴向齿形模4的表面从而形成具有齿形形状的成型件。
本实施例的材质为铝合金，强力旋压机型号为：CDC700，强力旋压机主轴转速设为800转/分，旋轮进给率为0.1毫米/转，旋轮的压力设为20吨。机械精加工方式为铣削，保证零件的关键尺寸不超过容差。机械精加工后铝合金齿轮加温至200℃下保温1小时做最终消除应力热处理。
实施例3
实施例3公开了一种旋压制造齿形的方法，包括旋压坯料准备、旋压坯料装机、齿形旋压成形以及成型件进行后期精加工和热处理，如图4所示。此实施例可以制作外齿轮。其中，强力旋压机的旋轮5按照预先设定好的程序沿着旋压坯料1的内圆柱面径向和轴向移动，由内侧向旋压坯料1实施外向压力，使旋压坯料1的外表面贴向齿形模4的表面从而形成具有齿形形状的成型件。本实施例其它工艺参数、原料材质与实施例2相同。
实施例4
实施例4公开了一种旋压制造齿形的方法，包括旋压坯料准备、旋压坯料装机、齿形旋压成形以及成型件进行后期精加工和热处理，如图5所示。此实施例可以制作外齿轮。其中，强力旋压机的旋轮5按照预先设定好的程序沿着旋压坯料1的外圆柱面径向和轴向移动，由外侧向旋压坯料1实施内向压力，使旋压坯料1的外表面贴向齿形模4的表面从而形成具有齿形形状的成型件。本实施例其它工艺参数、原料材质与实施例2相同。
实施例5
实施例5公开了一种旋压制造齿形的方法，包括旋压坯料准备、旋压坯料装机、齿形旋压成形以及成型件进行后期精加工和热处理，如图6所示。此实施例可以制作内齿轮。其中，强力旋压机的旋轮5按照预先设定好的程序沿着旋压坯料1的上表面和外圆柱面径向和轴向移动，由上侧和外侧向旋压坯料1实施内向压力，使旋压坯料1的外表面贴向齿形模4的表面从而形成具有齿形形状的成型件。本实施例其它工艺参数、原料材质与实施例2相同。

Claims (9)

1.一种旋压制造齿形的方法，其特征在于，包括如下步骤：
A.旋压坯料准备：选取板材作为原材，下圆形旋压坯料，冲中心定位孔，得到旋压坯料；
B.旋压坯料装机：在强力旋压机的旋压下模座上安装齿形模，将步骤A得到的旋压坯料固定在旋压下模座上并与齿形模共轴；
C.齿形旋压成形：开启旋压机，使得强力旋压机的主轴旋转，由强力旋压机的主轴带动旋压下模座、旋压坯料和齿形模一同旋转；用强力旋压机的旋轮按照预先设定好的程序沿着旋压坯料或齿形模的柱面径向和轴向移动，使旋压坯料的表面贴向齿形模表面从而形成具有齿形形状的成型件；
D.对成型件进行精加工和热处理。
2.根据权利要求1所述的旋压制造齿形的方法，其特征在于，所述旋压坯料的待成形圆柱面直径等于所述齿形模的齿顶圆直径，二者之间呈间隙配合。
3.根据权利要求1所述的旋压制造齿形的方法，其特征在于，所述板材的材质为金属。
4.根据权利要求1所述的旋压制造齿形的方法，其特征在于，所述齿形模与所述旋轮之间的工作面为圆柱面，所述圆柱面的高度与所述旋压坯料的齿形部位厚度匹配。
5.根据权利要求1所述的旋压制造齿形的方法，其特征在于，所述旋轮与所述旋压坯料之间的工作面为圆柱面，所述圆柱面的高度与所述旋压坯料的齿形部位厚度匹配。
6.根据权利要求1所述的旋压制造齿形的方法，其特征在于，所述齿形模与所述旋压坯料之间的工作面为齿形面，所述齿形模的高度大于所述旋压坯料的厚度。
7.根据权利要求1所述的旋压制造齿形的方法，其特征在于，所述步骤C中，齿形旋压成形时，所述强力旋压机主轴转速设为600-800转/分，旋轮进给率为0.05-0.1毫米/转，旋轮的压力设为20-40吨。
8.根据权利要求1所述的旋压制造齿形的方法，其特征在于，所述精加工方式包括车削、铣削或磨削。
9.根据权利要求1所述的旋压制造齿形的方法，其特征在于，所述热处理为消除应力热处理或强化热处理。
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