[发明专利]嵌压成形加工齿轮的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种无切削加工制造齿轮的装置，尤其是能够加工制造齿轴和非完整齿轮的嵌压成形加工齿轮的装置。

技术背景

现有技术中的齿轮切削加工设备有：滚齿机、插齿机、剃齿机、珩齿机、拉齿机等，虽然都是能有效加工齿轮的成熟工艺，但大都是不能加工齿轴和非完整齿轮，且有金属废屑，浪费材料的设备。

现有技术中的铣齿法利用盘形齿轮铣刀配合分度机构在铣床上进行单齿加工。虽然也能加工齿轴和非完整齿轮，但所得齿形常有较大误差，加工精度较低，且生产效率低而成本高。这种方法只适于单件小批生产质量要求不高的齿轮。

《机械加工工艺手册》(机械工业出版社2007年版第4-50页)推荐的外齿轮推削机，虽能加工齿轴和非完齿轮，但属有屑加工而浪费材料，且刀具昂贵而使用寿命短，生产成本高。

现有技术齿轮的无屑加工技术始于18世纪。1899年美国的O.J.比尔创造了用冷挤法精整锥齿轮的工艺。20世纪初，英国的H.N.安德森首创热轧齿轮。1951年，美国的H.厄恩斯特和B.格罗布研究成功冷轧齿轮工艺。20世纪50年代，联邦德国研究成功精密模锻齿轮。60年代后，又发展了粉末冶金、粉末锻造和精密冲裁齿轮的方法。目前，利用金属的塑性变形或粉末烧结使齿轮的齿形部分最终成形的无屑加工，分为工件在常温下进行加工的冷态成形和把工件加热到1000℃左右进行加工的热态成形两类。前者包括冷轧、冷锻、冲裁等；后者包括热轧、精密模锻、粉末冶金等。无屑加工齿轮可使材料利用率从切削加工的40～50％提高到80～95％以上，生产率也可成倍增长，但因受模具强度的限制，一般只能加工模数较小的齿轮或其他带齿零件，同时对精度要求较高的齿轮，在用无屑加工成形后仍需要利用切削加工最后精整齿形。无屑加工齿轮需要采用专用的工艺装备，初始投资较大，只有在生产批量较大时(一般达万件以上)才能降低生产成本。

冷轧齿轮是将齿轮形的轧轮向轮坯径向进给，并按一定速比相互滚动，使轮坯外周产生塑性变形轧出齿形。冷轧可加工直齿或斜齿圆柱齿轮、非圆齿轮或带细齿的零件。对模数小于2.5毫米的齿轮，可从轮坏直接轧出齿形。模数大于2.5毫米时，通常先采用切削加工粗切，或铸、锻出齿形，再用冷轧对齿面作精整加工。由于滚动成形，故无法加工非完齿轮。

冷锻齿轮是按轮坯塑性变形和成形力的方式不同有冷挤和冷镦两种。冷挤是利用凸模和凹模的相对移动产生挤压力，使坯料在模具的约束下塑性流动而得到齿形，常用于加工模数小于3毫米的直齿圆柱齿轮、内齿轮等。冷镦是利用上模的锤击力使坯料在模具中受压缩而横向流动形成齿形，常用于加工锥齿轮。通常需先把坯料头部镦粗，然后再镦锻齿形。冷镦后的齿轮带有飞边，需用切削加工切去。对精度要求较高的齿轮，冷锻成形后需要再加一道研磨工序精整齿形。属于少屑加工，且无法加工齿轴。

冲裁齿轮是利用齿轮形的冲压模从板料冲切出齿轮，适于加工模数小于6毫米、厚度小于10毫米的片齿轮、齿条、棘轮、钟表齿轮和仪表齿轮等。不能加工齿轴和较厚的非完整齿轮。

热轧齿轮工作原理与冷轧相同，但热轧是在工件加热到1000℃以上的热塑状态下进行的。热轧齿轮包括预热、轧制和整形等工序，单件生产时间平均不到1分钟。对齿轮精度要求较高的齿轮，热轧时需要预留0.2毫米加工余量，然后用剃齿机或蜗杆砂轮磨齿机精切齿形。该轧制法不能加工非完齿轮，且需要付出加热成本和再次加工的成本。

精密模锻齿轮是把轮坯加热到1000～1150℃，取出放到锻锤的下模中，用上模锤击数次锻出齿形；或先粗锻成形，然后精锻齿形。为了减少锻造过程中高温加热的轮坯接触空气而产生氧化皮的机会并提高齿轮精度，自20世纪70年代以来，较多采用高速锤进行高速锻造，使轮坯在热塑性较好的状态下一次锤击成形。精密模锻后的齿轮需先去除飞边，再以轴孔为基准精加工齿轮外径和其他部位。对于精度要求较高的齿轮，需要在模锻时预留0.5毫米加工余量，以便最后用机床精切齿形。其不足之处是工序多而成本很高，且难以加工齿轴。

粉末冶金齿轮是将金属粉末原料在模具中压制成形，然后将轮坯在保护气氛炉中以1100～1150℃的温度保温1.5～2.0小时进行烧结。烧结后的齿轮一般不必或很少切削加工。用粉末冶金虽然可加工各种齿形的齿轮，但制成的齿轮内部通常含有5％以上的孔隙，材料密度为6.9～7.2克/厘米³，制成的齿轮的机械强度较低，且成本较高。

现有技术无切削加工制造齿轮的冷轧机和热轧机，在轧轮(齿条)在轧制过程中，每一齿都要受到很大的弯、剪、拉、压、扭各种外力，影响使用寿命，提高了生产成本，且不能加工非完齿轮。