TWI614076B - 齒輪的成型裝置及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種齒輪的成型裝置及其製造方法，該成型裝置含一基座，及複數滾輪。該基座包括一圍繞出一空間的本體部，及複數等角度相間隔地排列，且設置於該空間內的間隔部，該等間隔部將該空間區分為複數容置槽，及一連通該等容置槽的貫通槽。該等滾輪分別樞設於該基座之該等容置槽內，並有部分伸置於該貫通槽內，從而界定出一對應該等齒輪之齒形特徵的模孔。將一棒材通過該模孔後便可在該棒材上加工出齒形特徵，並在後處理後製得多個正齒輪。

Description

齒輪的成型裝置及其製造方法

本發明是有關於一種成型裝置及製造方法，特別是指一種正齒輪的淨成型成型裝置及製造方法。

正齒輪是齒輪中最為基礎的態樣，一般作為動力傳遞、減速及改變轉向等用途而被廣泛地應用於各種領域中。傳統正齒輪的製造方式是透過銑削刀具對材料進行切削加工，使該棒材的外表面被切削出齒形特徵。但切削加工是屬於減法的加工方式，意即一整塊的材料在加工過程中會不斷的被減去，導致材料的得料率低而造成浪費。此外，每個正齒輪上有著複數的齒，但前述的加工方式必須分別對每個齒進行切削作業，造成生產效率低落。

雖然現時也有透過模具以鍛造方式直接淨成型出正齒輪的方法，但模具的模穴受限於空間及鍛造載荷，因此每此僅能鍛造出一個正齒輪，雖然提升了材料得料率，但生產速度仍具有改善的空間。

因此，本發明之目的，即在提供一種可用於淨成型出正齒輪的成型裝置。

於是，本發明齒輪的成型裝置，用於將一棒材加工為複數齒輪。該成型裝置包含一基座，及複數滾輪。該基座包括一圍繞出一空間的本體部，及複數等角度相間隔地排列，且設置於該空間內的間隔部，該等間隔部將該空間區分為複數彼此等角度相間隔排列的容置槽，及一連通該等容置槽的貫通槽。該等滾輪分別樞設於該基座之該等容置槽內且部分伸置於該貫通槽內，從而界定出一對應該等齒輪之齒形特徵的模孔。

本發明之目的，即在提供一種可淨成型出多個正齒輪的製造方法。

本發明齒輪的製造方法，與至少一如請求項1所述的成型裝置相配合，該製造方法包含一特徵設計步驟、一成型步驟，及一後處理步驟。

在該特徵設計步驟中，根據欲製得之目標齒輪的齒形設計該至少一成型裝置之該等滾輪的外型及數量。在該成型步驟中，以一夾具夾制一棒材的前端，並沿一第一方向帶動該棒材通過該至少一成型裝置之模孔，從而使該棒材成型出對應該目標齒輪的齒形。在該後處理步驟中，將通過該至少一成型裝置後的棒材依所需的規格切出多個齒輪成品。

本發明之功效在於：該製造方法屬於材料可流動的淨成型加工，因此不會減去材料而使得材料得率高，且可不受限於模穴空間而一次製得多個正齒輪，有效提升生產速率。此外，在該成型步驟中，該等滾輪與該棒材的表面為滾動接觸，加上該等滾輪可轉動，因此該等滾輪與該棒材之間的摩擦力較小，使得該等滾輪所承受的應力也較低，且可避免應力集中，從而可減少該至少一成型裝置的損耗。

參閱圖1及圖2，本發明齒輪的製造方法之一實施例，包含一特徵設計步驟11、一成型步驟12，及一後處理步驟13。該製造方法是與一成型裝置2相配合。

參閱圖2、圖3及圖4，該成型裝置2包含一基座3，及複數樞設於該基座3上的滾輪4。該基座3包括一圍繞出一空間310的本體部31，及複數等角度相間隔地排列，且設置於該空間310內的間隔部32。該等間隔部32將該空間310區分為複數彼此等角度相間隔排列的容置槽33，及一連通該等容置槽33的貫通槽34。該等滾輪4分別樞設於該基座3之該等容置槽33內，且部分伸置於該貫通槽34內。每一滾輪4包括一插設於該基座3之本體部31的輪軸部41、一樞設於該輪軸部41上的輪心部42，及二分別設置於該輪心部42相反兩側的特徵部43。該等滾輪4伸置於該貫通槽34內的部分界定出一模孔5。

復參閱圖1、圖2及圖4，在該特徵設計步驟11中，根據欲製得之目標齒輪的齒形設計出該等滾輪4的輪廓，接著透過有限元素法模擬評估加工過程的塑性成形性，以避免張伸成形時發生材料破裂之情形，最後根據模擬分析結果得出該等滾輪4的截面設計及所需的數量，使得該等滾輪4相配合而界定出的模孔5為正齒輪之形狀。需要進一步說明的是，由該目標齒輪的基圓半徑B可得出每一輪心部42至該模孔5中心O的最小距離 ，而由目標齒輪的齒頂圓半徑D可得出每一特徵部43至該模孔5中心O的最大距離，由此加上齒數等參數便可推得該等滾輪4的詳細尺寸及數目。

參閱圖1、圖5及圖6，在該成型步驟12中，以一夾具62夾制一棒材61的前端，並沿一第一方向A帶動該棒材61，使該棒材61通過該成型裝置2之模孔5，從而使該等滾輪4與該棒材61進行滾動接觸，並如圖5所示地於該棒材61的外周面上成形出對應目標齒輪的齒形611。參閱圖1、圖5及圖7，在該後處理步驟13中，將通過了該成型裝置2的棒材61依所需規格，沿徑向切成多個正齒輪成品7。需要特別說明的是，該夾具62可以是以氣壓缸等動力元件帶動，且該夾具62可設計成能通過該模孔5之尺寸。

當該棒材61通過該等滾輪4之間時，該等滾輪4可相對於該基座3旋轉，使得該等滾輪4與該棒材61滾動接觸，從而可減少摩擦力並將加工時的應力分散於該等滾輪4的外環面上，可避免加工時因應力過度集中而損毀，有效提高該成型裝置2的壽命。而該等滾輪4在該棒材61的表面以非減法切削的淨成型方式成型出具有漸開線的齒形特徵，因此可提高材料得料率，且可不受限於模穴空間310而一次製得多個正齒輪成品7，有效提升生產速率。

參閱圖1、圖4及圖8，需要特別說明的是，該成型方法也可以是與多個成型裝置2相配合。在該特徵設計步驟11中，也可以根據欲製得之目標齒輪的齒形設計每一成型裝置2的該等滾輪4。在該成型步驟12中，則是將該等成型裝置2沿該第一方向如圖8所示地相間隔設置，並以該夾具62拉引該棒材61使其依序通過該等成型裝置2之模孔5，從而能以漸進式的方式逐漸成形出齒形611特徵，此種製造方式可透過增加道次來緩和加工強度，以對應尺寸較長的棒材61使用，並降低每一成型裝置2所承受的載荷。需要特別說明的是，該夾具62應設計成能通過該模孔5之尺寸。

綜上所述，透過該等滾輪4可以淨成型方式將該棒材61加工為多個正齒輪成品7，提高材料得料率及生產效率，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

11‧‧‧特徵設計步驟

12‧‧‧成型步驟

13‧‧‧後處理步驟

2‧‧‧成型裝置

3‧‧‧基座

31‧‧‧本體部

310‧‧‧空間

32‧‧‧間隔部

33‧‧‧容置槽

34‧‧‧貫通槽

4‧‧‧滾輪

41‧‧‧輪軸部

42‧‧‧輪心部

43‧‧‧特徵部

5‧‧‧模孔

61‧‧‧棒材

611‧‧‧齒形

62‧‧‧夾具

7‧‧‧正齒輪成品

A‧‧‧第一方向

B‧‧‧基圓半徑

O‧‧‧中心

D‧‧‧齒頂圓半徑

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一流程圖，說明本發明齒輪的製造方法之一實施例； 圖2是一正視圖，說明本實施例中，所配合的一成型裝置； 圖3是一側視圖，說明本實施例中之一滾輪； 圖4是一正視圖，說明該等滾輪界定出一模孔； 圖5是一立體圖，說明本實施例的一成型步驟 圖6是一不完整的剖視圖，進一步說明該成型步驟； 圖7是一示意圖，說明本實施所製得的多個正齒輪成品；及 圖8是側視圖，說明本實施例配合多個成型裝置之態樣。。

2‧‧‧成型裝置

3‧‧‧基座

31‧‧‧本體部

310‧‧‧空間

32‧‧‧間隔部

33‧‧‧容置槽

34‧‧‧貫通槽

4‧‧‧滾輪

41‧‧‧輪軸部

42‧‧‧輪心部

43‧‧‧特徵部

5‧‧‧模孔

Claims (5)

1. 一種齒輪的成型裝置，用於將一棒材加工為複數齒輪，該成型裝置包含：一基座，包括一圍繞出一空間的本體部，及複數等角度相間隔地排列，且設置於該空間內的間隔部，該等間隔部將該空間區分為複數彼此等角度相間隔排列的容置槽，及一連通該等容置槽的貫通槽；及複數滾輪，分別樞設於該基座之該等容置槽內且部分伸置於該貫通槽內，從而界定出一對應該等齒輪之齒形特徵的模孔，每一滾輪包括一插設於該基座之本體部上的輪軸部、一樞設於該輪軸部上的輪心部，及二分別設置於該輪心部相反兩側的特徵部。
2. 一種齒輪的製造方法，與至少一如請求項1所述的成型裝置相配合，該製造方法包含：一特徵設計步驟，根據欲製得之目標齒輪的齒形設計該至少一成型裝置之該等滾輪的外型及數量；一成型步驟，以一夾具夾制一棒材的前端，並沿一第一方向帶動該棒材通過該至少一成型裝置之模孔，從而使該棒材成型出對應該目標齒輪的齒形；及一後處理步驟，將通過該至少一成型裝置後的棒材依所需的規格切出多個齒輪成品。
3. 如請求項2所述齒輪的製造方法，其中，在該特徵設計步驟中，是根據欲製得之目標齒輪的齒形設計多個成型裝置之該等滾輪的數量及外型，在該成型步驟中，是以該夾具 帶動該棒材沿該第一方向依序通過該等成型裝置之模孔，從而使該棒材成型出對應該目標齒輪的齒形。
4. 如請求項3所述齒輪的製造方法，其中，在該成型步驟中，該等成型裝置沿該第一方向相間隔設置。
5. 如請求項3所述齒輪的製造方法，其中，在該特徵設計步驟中，先根據目標齒輪的齒形設計該等滾輪的輪廓，再透過有限元素法模擬評估塑性成形性，最後根據模擬分析結果得出該等滾輪的截面設計及數量。