[发明专利]一种杯形柔轮的制备方法及其装置

说明书

本发明公开了一种杯形柔轮的制备方法及其装置；采用尾顶将圆形板坯顶紧在芯模的端部，将脉冲电源的正极导线与芯模连接，负极导线直接与旋轮组件的各个旋轮连接；先用一个旋轮将圆形板坯旋压变形为内外侧壁均为直壁的杯形工件；再用两个旋轮将杯形工件旋压变形为两段不同直壁厚度的变厚杯形工件，并将较厚的平滑段作为齿廓预留段；最后用一个带齿旋轮对齿廓预留段进行旋压，使其外圆周形成一圈齿廓；最终进行少量切削加工，进而完成圆形板坯至杯形柔轮工件的加工过程；本发明的基于塑性成形的杯形柔轮制备工艺，能够完整保留变形过程所形成的流线，有利于提高零件的使用寿命，特别是柔轮这种厚度极薄的零件，优势更为明显。

技术领域

本发明涉及谐波柔性齿轮(简称柔轮)的加工，尤其涉及一种杯形柔轮的制备方法及其装置。

背景技术

谐波齿轮减速机在航空、航天、机器人等广泛领域得到了应用，而其中的柔性齿轮基本采用棒料进行切削加工获得坯料，再进行切齿加工。由于杯形坯料壁部厚度很薄，无齿部分甚至仅有0.4mm，有齿部分的齿底壁厚也往往只有0.7mm，因此，采用切削工艺加工这种薄壁杯形坯料，再用切削方法切出齿廓，不仅将材料内部纤维切断，从而降低了工件的强度和疲劳寿命，而且因坯料的刚度太低，不容易在机床上装卡牢固，切削过程极易造成零件尺寸超差，导致废品率高，加工成本高。

而在电致塑性旋压成形装置方面，要么是电源两极分别加载于毛坯与尾顶杆，所形成的通电闭环回路无法使旋轮与毛坯点接触区成为强电致塑性区域，更多的则是利用电热效应而不是电致塑性效应进行旋压成形的，因此无法充分发挥对材料塑性的提升作用。要么是电源两极分别加载于芯模(或卡盘)和旋轮臂(或叫手柄)，而旋轮与旋轮臂之间通常都由各种油脂进行润滑，其绝缘作用难免造成电流通道狭窄进而局部接触电阻增加，导致旋轮内部轴承温度升高而寿命急剧缩短，即电热效应未能施加在坯料上而是错误地施加在旋轮的轴承上。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种杯形柔轮的制备方法及其装置。

本发明通过下述技术方案实现：

一种杯形柔轮制备方法，包括如下步骤：将圆形板坯9装夹在旋压机床装置的芯模2与尾顶3之间；首先用一个旋轮将圆形板坯9旋压变形为内外侧壁均为直壁的杯形柔轮工件；再用两个旋轮将杯形柔轮工件旋压变形为两段不同直壁厚度的变厚杯形柔轮工件，即第一平滑段91和第二平滑段92，第二平滑段92的壁厚大于第一平滑段91的壁厚，第二平滑段92作为齿廓预留段；最后再用一个带齿旋轮对齿廓预留段进行旋压，使其外圆周形成一圈齿廓，进而完成圆形板坯9至杯形柔轮工件的变形过程。

所述圆形板坯9的变形过程中，在芯模2和各旋轮之间施加脉冲电流，使杯形柔轮工件的变形区始终处在电磁场中，从而有利于圆形板坯9的塑性变形。

所述圆形板坯9至杯形柔轮工件的变形过程具体如下：

将圆形板坯9装夹在旋压机床装置的芯模2与尾顶3之间，即采用尾顶3将圆形板坯9顶紧在芯模2的端部，将脉冲电源8的正极导线与芯模2连接，负极导线直接与旋轮组件的各个旋轮连接；

启动机床主轴1带动芯模2、圆形板坯9及尾顶3一起转动，将第一旋轮71以平行于芯模2轴线从尾顶3向芯模2方向移动，并保持第一旋轮71与芯模2母线之间的间隙等于圆形板坯9厚度不变，直至杯形柔轮工件变形结束；

将对称布置于芯模两侧的第二旋轮72和第三旋轮73以分段平行于芯模2轴线从尾顶3向芯模2方向移动，在工件变形的第一平滑段91时，第二旋轮72和第三旋轮73与芯模2母线的间隙按柔轮壁厚尺寸选取，如0.4～0.5mm；当移动至与第二平滑段92过渡处后将第二旋轮72和第三旋轮73与芯模2母线的间隙改为按体积不变计算得到的壁厚值，如0.9～1.0mm，直至杯形柔轮工件的第二平滑段92变形结束，即作为齿廓预留段的第二平滑段92变形结束，进而将圆形板坯9旋压变形为两段不同直壁厚度的变厚杯形柔轮工件；