CN215144181U - 用于制造非晶合金谐波减速器柔性齿轮的热压设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及热压设备技术领域，具体涉及一种用于制造非晶合金谐波减速器柔性齿轮的热压设备，包括腔室、压齿板和驱动压齿板移动的移动装置，压齿板可滑动地安装在腔室内，压齿板上形成用于成型齿圈的咬合齿；热压设备还包括用于夹持非晶合金坯体的夹持机构以及驱动夹持机构旋转的旋转装置；压齿板或/和夹持机构设有用于调节自身温度的温控装置；热压工作时，夹持机构夹持非晶合金坯体置于压齿板的齿状部处。与现有技术相比，本申请的热压设备成型效果好的优点，能够节约能源，降低生产成本，缩短生产时间，提高生产效率，具有连续生产性，适合工业化生产的特点，并且通过热塑成型制备能够保持非晶合金的高硬度、高强度及高韧性。

Description

用于制造非晶合金谐波减速器柔性齿轮的热压设备

技术领域

本实用新型涉及热压设备技术领域，具体涉及一种用于制造非晶合金谐波减速器柔性齿轮的热压设备。

背景技术

谐波减速器主要是由带有内齿圈的刚性齿轮(钢轮)、带有外齿圈的柔性齿轮(柔轮)、波发生器三个基本构件组成，其适用于宇航、航空、机器人、机床等设备的机械传动部位，实现减速、传递运动和动力。目前谐波齿轮传动常见的失效模式主要有柔轮的疲劳断裂、齿面磨损和柔性轴承破坏，其中柔轮摩擦磨损导致传动性能的退化是谐波齿轮传动的主要失效形式。鉴于常用Cr钢材生产的柔轮制作制程复杂、成本高、寿命短等问题，现急需要遴选机械性能优异的新材料，同时开发新型制备技术以降低其生产成本，提高生产效率，是目前在制备谐波减速器柔轮生产中急需解决的首要难题。而且谐波减速器制造工艺复杂，谐波减速器特殊的传动方式限制了柔轮齿形加工工艺，使得采用制备柔轮的方法受限。如使用高弹性钢铁材料通过锻造、切削加工、强化热处理、车床及特殊数控加工机等切削加工等。

非晶合金具有高强度、高弹性、优异的耐磨、耐疲劳及耐腐蚀性、高硬度、高韧性、较低的弹性模量等最理想的应用材料。此外，由于非晶材料有比较低的熔点、良好的熔汤流动性等具备模具净成形能力。因此，非晶合金模具成型的谐波减速器应用方案的研究正在积极进行。但是，通常模具开闭式由于模具的滑动位置精度、分模线处理问题、倒扣问题等，很难精密地实现齿轮形状，另外，由于模具形成的齿轮形状部位表面上残留的熔汤流动痕迹和气孔等缺陷，导致齿轮启动时啮合面错位及过度摩擦导致产品早期失败等技术问题。为了解决这些问题，可以考虑先模具成型大致形状的非晶合金胚料后，再通过复杂的机械加工实现齿轮形状的方式，但是，由于非晶合金的表面高硬度，存在加工时间非常长及材料内部气孔加工完成后暴露的问题，导致产品不良。

参见专利号为CN2017103520764，名称为一种非晶柔轮及其制备方法的专利，其公开了一种非晶柔轮及其制备方法。该方法以非晶合金为成形坯料，采用模具超塑挤压形成柔轮齿圈部分，再采用模具形成柔轮杯底部分，然后将齿圈部分和杯底部分放入扩散焊模具中，使得齿圈部分的一侧开口与所述杯底部分的开口端对齐相接，通过焊接将两者固定结合以形成所述非晶合金柔轮。该文献主要利用模具来成型柔轮，不仅模具的设计十分复杂，而且生产工序也复杂，容易产生晶化，无法保证柔轮精度、质量和性能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术中的不足，而提供一种用于制造非晶合金谐波减速器柔性齿轮的热压设备。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

提供一种用于制造非晶合金谐波减速器柔性齿轮的热压设备，包括腔室、压齿板和驱动压齿板移动的移动装置，压齿板可滑动地安装在腔室内，压齿板上形成有多个用于成型齿圈的咬合齿；热压设备还包括用于夹持非晶合金坯体的夹持机构以及驱动夹持机构旋转的旋转装置；压齿板或/和夹持机构设有用于调节自身温度的温控装置；热压工作时，夹持机构夹持非晶合金坯体置于压齿板的齿状部处。

其中，移动装置包括位于腔室内的导轨，压齿板可滑动地安装在导轨上。

其中，多个咬合齿间隔或并列排布，位于压齿板始端的多个咬合齿的齿高沿压齿板运动方向逐渐增大。

其中，夹持机构包括主顶杆、与主顶杆共同夹持非晶合金坯体的补助顶杆和驱动补助顶杆沿主顶杆轴向移动的夹持驱动装置，主顶杆和补助顶杆同轴设置。

其中，腔室包括彼此独立的第一腔体和第二腔体，主顶杆和压齿板位于第二腔体内，夹持驱动装置驱动补助顶杆在第一腔体和第二腔体之间往复移动。

其中，第一腔体和第二腔体之间设有环境隔离门。

其中，热压设备还包括抽真空装置和惰性气体供给装置，抽真空装置分别连通第一腔体和第二腔体，惰性气体供给装置与第一腔体连通。

其中，补助顶杆朝向主顶杆的端部设有用于固定非晶合金坯体的限位槽。

其中，主顶杆的外径小于补助顶杆的外径，主顶杆的外径小于非晶合金坯体的内径。

其中，压齿板和夹持机构均设有用于调节自身温度的温控装置，压齿板的温控装置包括用于提升压齿板温度的第一加热系统，夹持机构的温控装置包括用于提升夹持机构温度的第二加热系统和用于降低夹持机构温度的冷却系统。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的用于制造非晶合金谐波减速器柔性齿轮的热压设备的工作过程为：由于非晶合金的特性，非晶合金坯体在加热到玻璃转化温度后，非晶合金会向超塑性转变，在这状态下，先通过夹持机构将非晶合金坯体夹持在压齿板的侧方，然后启动移动装置和旋转装置，移动装置驱动压齿板滑动的同时，旋转装置驱动夹持机构夹持住非晶合金坯体进行转动，从而形成非晶合金坯体在齿压板上滚动的联动机构，压齿板上的咬合齿会对非晶合金坯体的外周侧面施加压力，从而使非晶合金坯体的外圈成型出齿圈；在成型过程中，温控装置调控压齿板或夹持机构的温度，防止非晶合金坯体防止晶化，从而制备出非晶合金柔轮，通过相对滚动所产生的干涉使非晶合金坯体与压齿板产生互相作用力，从而在非晶合金坯体的外周侧面形成所需要的形状；

与现有技术相比，本申请的热压设备成型效果好的优点，能够节约能源，降低生产成本，缩短生产时间，提高生产效率，具有连续生产性，适合工业化生产的特点，并且通过热塑成型制备非晶合金柔轮可以使其保持非晶的高硬度、高强度及高韧性。

附图说明

利用附图对本实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本实施例中热压设备的结构示意图。

图2为本实施例中夹持机构的部分结构示意图。

图3为本实施例中非晶合金柔轮成型的示意图。

附图标记：第一环境隔离门1，第一腔体2，夹持驱动装置3，补助顶杆4，限位槽41，惰性气体供给装置5，非晶合金坯体6，抽真空装置7，第二环境隔离门8，导轨9，主顶杆10，第二加热系统11，冷却系统12，旋转电机13，第一加热系统14，压齿板15，移动装置16，第二腔体17，咬合齿18。

具体实施方式

结合以下实施例对本实用新型作进一步描述。

本实用新型的一种用于制造非晶合金谐波减速器柔性齿轮的热压设备的实施方式，如图1所示，热压设备包括腔室，在本实施例中，腔室包括彼此独立的第一腔体2和第二腔体17，第一腔体2和第二腔体17为两个独立的空间，其中第一腔体2主要用于非晶合金坯体6的上料工序，由于非晶合金坯体6特性特殊的原理，在热压塑性前需要在真空环境或惰性气体环境中保护，因此，热压设备还包括抽真空装置7和惰性气体供给装置5，抽真空装置7分别连通第一腔体2和第二腔体17，惰性气体供给装置5与第一腔体2连通，在非晶合金坯体6上料的过程中，可以通过惰性气体供给装置5与第一腔体2内输送惰性气体进行保护，或者通过抽真空装置7对第一腔体2进行抽真空，从而防止非晶合金坯体6晶化。应说明的是，抽真空装置7和惰性气体供给装置5均可以采用市面上常规的设备，对于本领域的技术人员来讲，很容易就能够得知其结构和工作原理。另外，为了方便第一腔体2上料或下料，第一腔体2的侧方设有第一环境隔离门1。

而第二腔体17主要用于对非晶合金坯体6继续热压成型，因此，为了方便对工序进行管理和划分，第一腔体2和第二腔体17之间设有第二环境隔离门8进行隔断，当然了，第一腔体2和第二腔体17也可以设置为相连通的腔体，具体可以根据实际需求继续选择设置。

作为改进的是，热压设备还包括用于夹持非晶合金坯体6的夹持机构以及驱动夹持机构旋转的旋转装置。具体的，夹持机构包括主顶杆10、与主顶杆10共同夹持非晶合金坯体6的补助顶杆4、驱动补助顶杆4沿主顶杆10轴向移动的夹持驱动装置3。

在上料过程中，夹持驱动装置3需要驱动补助顶杆4从第一腔体2中伸入到第二腔体17中，即夹持驱动装置3需要驱动补助顶杆4进行往复移动，因此，夹持驱动装置3可以采用直线电机模组、气缸、油缸、丝杆传动、同步带等传动机构，只要能够驱动补助顶杆4能够往复移动即可，举例说明，若夹持驱动装置3采用气缸传动机构，只需要将补助顶杆4的非工作端与气缸的伸缩杆进行固接即可。在本实施例中，非晶合金坯体6从第一腔体2移动至第二腔体17的过程中需要补助顶杆4对非晶合金坯体6继续预卡持，因此，结合图2，补助顶杆4朝向主顶杆10的端部设有用于固定非晶合金坯体6的限位槽41，通过限位槽41对非晶合金坯体6继续预卡持，从而防止非晶合金坯体6在第一腔体2移动至第二腔体17的过程中脱落，提高生产稳定性。

为了进一步提高夹持的稳固性和流畅性，主顶杆10和补助顶杆4同轴设置，并且补助顶杆4运动的方向与非晶合金坯体6输送的方向相同。

主顶杆10的工作端位于第二腔体17内，而第二腔体17内设有压齿板15，主顶杆10的工作端位于压齿板15的上方，在本实施例中，压齿板15是水平安装在第二腔体17的底面，在水平面上作水平运动，在另外的实施例中，压齿板15还可以竖直设置，从而在竖直方向上往复移动，起到的效果是一样的，具体可以根据实际需求选择设置。由于非晶合金柔轮呈杯状或筒状，本实施例的主顶杆10的外径小于补助顶杆4的外径，并且主顶杆10的外径小于非晶合金坯体6的内径，在夹持状态下，主顶杆10能够插入非晶合金坯体6的内部，从而配合补助顶杆4对非晶合金坯体6继续夹持，当然了，也可以在补助顶杆4和主顶杆10的端部分别设置一个夹爪气缸，通过夹爪气缸对工件继续夹持也是可以的，具体可以根据实际需求选择设置。

应当说明的是，驱动夹持机构旋转的旋转装置可以设置两个，其中一个旋转装置用于驱动补助顶杆4进行旋转，另外一个旋转装置驱动主顶杆10继续旋转，而旋转装置具体可以采用旋转电机13或旋转气缸的旋转机构，举例说明，若旋转装置采用旋转电机13，只需要将旋转电机13的输出轴与主顶杆10进行固接即可，而对于补助顶杆4，只需要将夹持驱动装置3和补助顶杆4都与旋转电机13的输出轴进行固接即可。当然了，旋转装置也可以仅设置一个，当设置一个旋转装置时，旋转装置可以驱动补助顶杆4或主顶杆10转动，而另外一个没有安装旋转装置的顶杆，则可以通过轴承和支座的方式进行可转动的安装，从而变为从动，由主动顶杆带动从动顶杆旋转，同样能够实现被夹持后的非晶合金坯体6的滚动。

在本实施例中，热压设备还设有驱动压齿板15移动的移动装置16，移动装置16包括位于第二腔体17内的导轨9，压齿板15可滑动地安装在导轨9上，具体的，可以将压齿板15的地面设置成与导轨9滑动配合的滑板结构，其对于本领域的技术人员来讲，很容易就能够知道其具体结构和工作原理，而移动装置16的驱动源可以采用直线电机模组、气缸、油缸、丝杆传动、同步带等传动机构，举例说明，若移动装置16的驱动源采用直线电机模组，可以在压齿板15的底面固定安装一个动子，而导轨9的顶面则固定安装一个定子，通过动子和定子的滑动配合从而实现压齿板15的往复滑动。

在本实施例中，压齿板15的滑动方向与非晶合金坯体6的轴向(夹持驱动机构运动的方向)垂直，这是适用于齿圈为直齿的柔轮，若是斜齿的柔轮，压齿板15的滑动方向与非晶合金坯体6的轴向(夹持驱动机构运动的方向)可以不垂直，而是倾斜设置，从而适用于斜齿的成型。

结合图3，压齿板15上形成有多个用于成型齿圈的咬合齿18。由于齿圈成型前非晶合金坯体6的外周侧面为光滑的平面，因此，非晶合金坯体6和压齿板15的咬合齿18必然存在干涉，在成型前，非晶合金坯体6的外侧面最低点在高度方向上必然低于咬合齿18的齿顶，因此，为了提高成型的流畅性，多个咬合齿18间隔或并列排布，位于压齿板15始端的多个咬合齿18的齿高沿压齿板15运动方向逐渐增大，热压工作时，夹持机构夹持非晶合金坯体6置于压齿板15的齿状部处。这种逐渐增大挤压量的结构，能够防止非晶合金坯体6刚开始成型时受到过大的压力，从而提高加工精度，消除安全隐患。

由于非晶合金自身的特性，非晶合金坯体6在压齿板15上滚动形成齿圈的过程中，非晶合金坯体6的温度需要高于预成型非晶金属的玻璃化温度，并且低于其晶化温度，因此，压齿板15或/和夹持机构设有用于调节自身温度的温控装置。具体的，压齿板15和夹持机构均设有用于调节自身温度的温控装置，压齿板15的温控装置包括用于提升压齿板15温度的第一加热系统14，夹持机构的温控装置包括用于提升夹持机构温度的第二加热系统11和用于降低夹持机构温度的冷却系统12。应当说明的是，第一加热系统14和第二加热系统11均可以采用市面上模具常用的加热系统，可以采用发热丝或导热油等加热结构。而冷却系统12同样的可以采用模具常用的冷却系统12，可以采用氮气管道冷却或其他换热介质使夹持机构进行降温。

本实施例的用于制造非晶合金谐波减速器柔性齿轮的热压设备的工作过程为：由于非晶合金的特性，非晶合金坯体6在加热到玻璃转化温度后，非晶合金会向超塑性转变，在这状态下，第一步，非晶合金坯体6通过第一环境隔离门1进入到第一腔体2中，在将非晶合金坯体6加载到补助顶杆4。第二步，保持第一环境隔离门1关闭状态下，启动抽真空装置7令第一腔体2的真空状态达到和第二腔体17相同的真空度，便于环境隔离门8打开。第三步：打开第二环境隔离门8,夹持驱动装置3驱动补助顶杆4夹带非晶合金坯体6移送至第二腔体17中，并且补助顶杆4和主顶杆10对非晶合金坯体6继续夹持固定。第四步，压齿板15起始位置为位于非晶合金坯体6的侧方，调整压齿板15和非晶合金坯体6的位置。第五步，热压开始，移动装置16驱动压齿板15开始延水平方向运动，同时旋转装置驱动主顶杆10和补助顶杆4按照设定转速旋转，压齿板15上的咬合齿18会对非晶合金坯体6的外周侧面施加压力，从而使非晶合金坯体6的外圈成型出齿圈；在成型过程中，温控装置调控压齿板15或夹持机构的温度，防止非晶合金坯体6防止晶化。第六步，成型后的非晶合金柔轮冷却完成后，补助顶杆4移送已成型完的柔轮到达初期设定位置。第七步，关闭第二环境隔离门8，保持第一腔体2的真空状态，然后启动惰性气体供给装置5破除第一腔体2的真空状态，使第一腔体和外界气压达到平衡状态，然后打开环境隔离门1，取出产品。

与现有技术相比，本实施例的热压设备成型效果好的优点，能够节约能源，降低生产成本，缩短生产时间，提高生产效率，具有连续生产性，适合工业化生产的特点，并且通过热塑成型制备非晶合金柔轮可以使其保持非晶的高硬度、高强度及高韧性。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.用于制造非晶合金谐波减速器柔性齿轮的热压设备，其特征在于：包括腔室、压齿板和驱动所述压齿板移动的移动装置，所述压齿板可滑动地安装在腔室内，所述压齿板上形成有多个用于成型齿圈的咬合齿；

所述热压设备还包括用于夹持非晶合金坯体的夹持机构以及驱动所述夹持机构旋转的旋转装置；

所述压齿板或/和所述夹持机构设有用于调节自身温度的温控装置；

热压工作时，所述夹持机构夹持非晶合金坯体置于所述压齿板的齿状部处。

2.根据权利要求1所述的用于制造非晶合金谐波减速器柔性齿轮的热压设备，其特征在于：所述移动装置包括位于所述腔室内的导轨，所述压齿板可滑动地安装在所述导轨上。

3.根据权利要求1所述的用于制造非晶合金谐波减速器柔性齿轮的热压设备，其特征在于：多个所述咬合齿间隔或并列排布，位于所述压齿板始端的多个咬合齿的齿高沿所述压齿板运动方向逐渐增大。

4.根据权利要求1所述的用于制造非晶合金谐波减速器柔性齿轮的热压设备，其特征在于：所述夹持机构包括主顶杆、与所述主顶杆共同夹持非晶合金坯体的补助顶杆和驱动所述补助顶杆沿所述主顶杆轴向移动的夹持驱动装置，所述主顶杆和所述补助顶杆同轴设置。

5.根据权利要求4所述的用于制造非晶合金谐波减速器柔性齿轮的热压设备，其特征在于：所述腔室包括彼此独立的第一腔体和第二腔体，所述主顶杆和压齿板位于所述第二腔体内，所述夹持驱动装置驱动所述补助顶杆在第一腔体和第二腔体之间往复移动。

6.根据权利要求5所述的用于制造非晶合金谐波减速器柔性齿轮的热压设备，其特征在于：所述第一腔体和第二腔体之间设有环境隔离门。

7.根据权利要求5所述的用于制造非晶合金谐波减速器柔性齿轮的热压设备，其特征在于：所述热压设备还包括抽真空装置和惰性气体供给装置，所述抽真空装置分别连通所述第一腔体和第二腔体，所述惰性气体供给装置与所述第一腔体连通。

8.根据权利要求4所述的用于制造非晶合金谐波减速器柔性齿轮的热压设备，其特征在于：所述补助顶杆朝向所述主顶杆的端部设有用于固定非晶合金坯体的限位槽。

9.根据权利要求4或8所述的用于制造非晶合金谐波减速器柔性齿轮的热压设备，其特征在于：所述主顶杆的外径小于所述补助顶杆的外径，所述主顶杆的外径小于非晶合金坯体的内径。

10.根据权利要求1所述的用于制造非晶合金谐波减速器柔性齿轮的热压设备，其特征在于：所述压齿板和所述夹持机构均设有用于调节自身温度的温控装置，所述压齿板的温控装置包括用于提升所述压齿板温度的第一加热系统，所述夹持机构的温控装置包括用于提升所述夹持机构温度的第二加热系统和用于降低所述夹持机构温度的冷却系统。

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