CN104801651A - 涉及锻造和两阶段冷挤压过程的双重牙形态齿轮制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涉及锻造和两阶段冷挤压过程的双重牙形态齿轮制造方法，一应用于动力传输系统中的部件，且更特定地来说，是用于摩托车中的部件；其中此种齿轮的整体结构特征，以及在此提及的其双重牙形态，是在锻造和冷挤压过程期间实现的，接着再进行各种次过程。

Description

涉及锻造和两阶段冷挤压过程的双重牙形态齿轮制造方法

发明领域

本发明是关于一种创新且进步的齿轮制造方法，该齿轮具有双重牙形态，此制造方法主要涉及锻造作业，锻造作业是用于齿轮毛坯形成，接着进行两阶段冷挤压作业，用于形成在小型齿轮区段的外周围表面上的牙形态，以及用于形成在较大齿轮区段的外周围表面上的牙形态。在此所提出的制造方法也涉及特定设定的二级作业，例如在其中不同设定阶段中的回火、喷射清理、磷酸盐处理、CNC加工、搪磨/硬部分打钻(hard part boring)等。不同于常规方式，提出的方法不包括用于生成提出的具有双重牙形态的齿轮的牙塑形和搪磨作业，且实现了在其小型齿轮区段和较大齿轮区段的外周围表面上的两种牙形态。

发明背景

通常具有牙形态的包括棘轮齿轮的大部分齿轮包括一系列的轮齿，其被生成特定形态的牙尺寸，且此种牙形态通常生成为齿轮的圆形表面或面/周围。和另一齿轮或任何其它动力传输装置(一般来说棘爪)互相作用的棘轮的区段，将滑动经过所述磨圆的侧边，但将被留置在平的侧边上。

在一种常规作法中，在所述齿轮的主要本体铸造后，齿轮将进行实质加工以生成所有架构特征，轴组件的穿洞，牙形态切割、滚铣和塑形等。

这样的做法需要用到许多实质资源、生成大量废物并且耗时。这样的做法在最后最终产品中，没有提供所期望结构强度，且因此造成功能寿命的降低。在传统的做法中，齿轮的牙层或牙形态是形成于齿轮上，藉由牙搪磨和/或牙塑形。因为这样的方法论，齿轮的产生是关联于低摩擦阻力，缺乏完美度，导致客制化地装设在动力传输系统中的较少可能性，更容易在功能作用期间产生噪音，并且对于意外损害更容易敏感，且使用在交通工具中有限制。

此外，在齿轮制造的选择性作法中，特别是在棘轮齿轮的制造中，切割成适当大小的原物料件主要经受局部锻造作业或挤压，接着在基面锭上进行实质机加工作业，或选择性地所获得的锭基础件直接经受一系列的机加工作业，也就是藉由机加工/切割进行表面外形生成、穿洞、锭表面外形切割/精制和强化、牙形态切割等。最重要的，所有这些做法是关于实质机加工，用于锭上的结构特征发展，且用于生成一系列牙形态。牙切割通常是藉由其中一对一的牙切割或滚铣所制成。此外，这样的方法很耗时，不足以实现相关自动工业的要求/需求。

应用生产齿轮毛坯的单一步骤锻造过程来制造具有双重牙的所述齿轮，常规上没被实行，主要因为下列原因：

(i)所述组件的商业产品的模具设计中的技术复杂性；

(ii)无法达成生产商业可接受的具有牙的齿轮的理想锻造条件；

(iii)各种大小范围的自动组件的许多尺寸方面的关系，也就是中央洞的生成，所述组件的大小最佳化、牙形成等，这些都难以用单一标准过程来考虑，主要是用于达成所述自动组件的所有需要且较佳结构以及功能特征。

因此，本发明主要用于提供一种制造方法，其主要是涉及热锻造或冷锻造，用于从初始锭件生成齿轮毛坯，接着藉由在正式回火和修整的所述锻造工件上以两步骤实行冷齿轮挤压，用于在所提供的具有双重牙形态的齿轮的小型齿轮区段和较大齿轮区段的外周围表面上生成两种牙形态。本发明的最重要目的是省却机加工作业的应用，例如用于生成所提供的具有双重牙形态的齿轮的牙塑形和滚铣，并且以很不通常且创新方式，藉由步进式冷挤压作业在小型齿轮区段和较大齿轮区段的该外周围表面上实现两种牙形态。

本发明旨在提出一种制造方法，除了实行冷锻造/热锻造且于后进行两步骤冷挤压的必须作业，其还包括特定支持的二级步骤，作为在整个制造过程中的关键步骤；主要地用于以有效且完善的方式支持所述必须步骤的效能，并用于所述齿轮形成的最后作业。这样的二级步骤主要包括回火、喷射清理、磷酸盐处理、CNC加工(非常受限制地)、外壳渗碳、喷射清理(吊架类型)(hanger type)、搪磨(硬部分打钻)等。

通过本发明所提供的制造方法所制造的棘轮齿轮，特别是在其小型和较大齿轮区段的外周围表面上具有双重牙形态的棘轮齿轮，相比于经由常规过程所制备的类似常规自动组件来说是在其结构和功能特性上较为进步的，也就是说，在很高应力承载能力、耐摩擦、高温容许度和非常高的结构强度等方面。

发明目的

本发明的主要目的在于提出具有双重牙形态的齿轮的制造方法，此制造方法主要涉及锻造作业，此锻造作业是用于齿轮毛坯形成，接着进行两阶段冷挤压作业，该两阶段冷挤压作业用于在小型齿轮区段的外周围表面和较大齿轮区段的外周围表面上形成牙形态。

本发明另一目的是提出一种棘轮齿轮的制造方法，特别是在其小型齿轮区段的外周围表面和较大齿轮区段的外周围表面上具有双重牙形态的棘轮齿轮，其中所述齿轮的主要结构特征和其牙形态是在冷挤压作业期间形成的，且于后某些选择性支持性机加工过程是需要的，用于表面精制、产品强化和棘轮齿轮产品的完成。

本发明又一目的是提出一种具有双重牙形态的齿轮的制造方法，其主要涉及热锻造或冷锻造，用于从初始锭件生成齿轮毛坯。接着在正式回火和修整的所述段造工件上以两步骤实行齿轮冷挤压，用于在其小型齿轮区段的外周围表面和较大齿轮区段的外周围表面上生成两重牙形态。

本发明再一目的是提出一种具有双重牙形态的齿轮的制造方法，其中其特征在于省却机加工作业的应用，例如用于生成所提出的具有双重牙形态的齿轮的牙塑形和滚铣，并且以很不通常且创新方式，藉由步进式冷挤压作业在小型齿轮区段和较大齿轮区段的外周围表面上实现两种牙形态。

本发明另一目的是提出一种棘轮齿轮的新颖性制造方法，特别是在其小型齿轮区段的外周围表面和较大齿轮区段的外周围表面上具有双重牙形态的棘轮齿轮，其中所述制造方法的特征在于实行冷挤压，接着是磷酸盐处理和CNC作业，其中所述棘轮齿轮在两层上的牙形态在整个棘轮齿轮本体形成期间被挤出，而没有实行任何齿轮切割/塑形或滚铣作业。

本发明再一目的是提出一种棘轮齿轮的制造方法，特别是在其小型齿轮区段的外周围和较大齿轮区段的外周围上具有双重牙形态的棘轮齿轮，其中具有双重牙形态的所述齿轮特征在于，其相较于常规此种齿轮和其牙形态来说进步的特性，主要是依据结构强度、应力容许度、摩擦强度来说，用于高温环境中的适当性能，和严苛条件中的持续表现，而无失效产生等，首要是因为于冷挤压中，包括这样牙形态的整体组件的生成。

本发明又一目的是提出新的一组封闭模具，其被设计用于实行所述冷锻造或热锻造，以生成齿轮毛坯，并且还提出两组模具，以于所述锻造的齿轮毛坯上以两步骤实行所述冷挤压作业，用于在其小型齿轮区段的外周围表面和较大齿轮区段的外周围表面上生成牙形态；其中这种模具是以现有技术水平的方式为此目的以各种选择范围的形状、大小、尺寸、表面形态和配置制成的。

发明描述

本发明揭露一种具有双重牙形态的齿轮的制造方法，此制造方法涉及锻造作业，锻造作业是用于齿轮毛坯形成，接着进行两阶段冷挤压作业，两阶段冷挤压作业用于在其两个齿轮区段的外直径处在两个齿轮区段的周围表面上形成牙形态，其中此样的锻造和挤压作业是与用于修整工件并达成完成结构的支持性任意作业一起施行的。

本文所讨论的所提出方法特征在于以下步骤：

a)在锻造作业中，形成齿轮毛坯和两个齿轮区段的基础结构；

b)藉由在冷挤压机上的第一阶段冷挤压，在小型齿轮区段的于其中的其外直径处的周围表面上形成牙形态；

c)藉由在冷挤压机上的第二阶段冷挤压，在较大齿轮区段的于其中的其外直径处的周围表面上形成牙形态；以及

d)消除了用于牙生成的机加工需求，例如用于在该较小齿轮区段和该较大齿轮区段的于其外直径处的该周围表面上的牙切割或塑形。

对于此种锻造，不仅特定范围的温度是重要的，并且多个其它因素需要特别的特定计划，也就是：(i)适当地修整锭以支持有效率的热锻造或温锻造或冷锻造；(ii)模具的非常有效的选择/设计，以锻造所需要的物品且达成最终产品或几乎最终产品；(iii)用于模具制造的定制化现有技术水平的技术牵连；(iv)依据正进行锻造的锭的材料采用锻造条件，等。

关于本发明，通常为钢或合金材料的坯件对于选择最佳化锻造条件且其后实行其它支持性作业来说扮演重要角色，取决于最终产品的结构特征、结构强度、产品的功能特征等。

对于此处藉由所提出的方法制造齿轮来实行所有必须和选择性作业的一示意性方案，显示在所附下表中：

所提出方法的主要特征为：

i.藉由锻造作业，形成齿轮毛坯，选择性地使用热锻造轨迹或温锻造轨迹/冷锻造轨迹，其中齿轮毛坯实现基础结构特征，也就是较小齿轮区段、较大齿轮区段和中央洞位置；

ii.以两步骤实行齿轮毛坯的锻造工件的冷挤压：(a)第一阶段冷挤压是实行于较小齿轮区段的外周围上，以于此生成牙形态，且(b)第二阶段冷挤压是实行于较大齿轮区段的外周围上，以于此生成牙形态；

iii.在生成提出的具有双重牙形态的齿轮的较小齿轮区段或较大齿轮区段上的任何牙中完全消除牙塑形和牙滚铣作业的常规应用；其中较小齿轮区段和较大齿轮区段的牙的所述双重形态是藉由两阶段冷挤压达成的。

本发明所属技术领域普通技术人员可藉由下述详细说明和附图来了解和领会本发明前述的和其它的特征和优势。

图1示出所提出的以A到D的各阶段制造齿轮的过程的示意图，其中齿轮具有双重牙形态。

图2示出具有双重牙形态的齿轮的最佳实施方式的一个示意图，显示较小齿轮区段和较大齿轮区段的外周边上的牙外形。

图3示出本文所提出的方法的示意图，指出自实时方法(instantmethod)消除了的步骤，也就是滚铣作业和塑形作业。

在原物料/坯1的物件的锻造毛坯作业期间，齿轮毛坯工件2是藉由两个齿轮区段3和4制造而形成(图1)，其中毛坯齿轮区段两者分别于其外直径处，包括其周围表面5、周围表面6。所述两个齿轮区段3和4围绕其中的相同中央洞7和中央轴产生，其中上齿轮区段3的直径小于下齿轮区段4的直径。依据所述锻造作业的本质，其为冷锻造、温锻造、热锻造，在齿轮毛坯工件2上实行适宜的热处理，使得锻造工件2得到修整以进行进一步的作业，也就是喷射清理、磷酸盐处理以及在冷挤压机上进行冷挤压(第一阶段)，主要用于在其外直径上在小型齿轮区段3的周围表面5上生成牙形态8。在图1中，工件10显示一个小型齿轮区段3正式地以牙形态8压出，同时较大齿轮区段4仍为毛坯。于此，在小型齿轮区段3上的这种冷挤压消除进一步机加工的需求，例如牙切割或塑形。在小型齿轮区段3上的所述一个步骤冷挤压作业形成牙形态8，其中每一个体牙9是依据其结构特征和预设的结构外型而生成。

同样地，于其小型齿轮区段3上的第一阶段冷挤压所得到的齿轮工件10经受第二回合的磷酸盐处理，且之后，第二回合的冷挤压实行于较大齿轮区段4的在其外直径上的周围表面6上，以在此形成牙形态11。在较大齿轮区段4上的这种冷挤压在此消除了进一步机加工需求，例如牙切割或滚铣。在较大齿轮区段4上的所述一个步骤冷挤压作业形成牙形态11，其中每一个体牙12是依据其结构特征和预设的结构外型而生成的。具有双重牙形态13的完整齿轮随后进一步经受持续步进式的精加工作业，主要关于CNC加工、外壳渗碳、喷射清理(吊架类型)和搪磨/硬部分打钻。

生成于提出的具有双重牙形态13的齿轮的两个齿轮区段3和4上的两个牙形态8和11，在此可为彼此不同的，主要是依照牙大小、尺寸和牙外形和在一形态上的牙数目；其中这样的差异关于牙-齿轮相关原则、结构特征和在此所设定的功能提供为选择性的，且为预设的。

生成于提出的具有双重牙形态13的齿轮的两个齿轮区段3和4上的所述两个牙形态8和11，在此可制成正齿轮(其如同直齿齿轮)，或为斜齿轮，其中斜齿轮被塑形如同直立圆锥，其中其顶部大部分被切除。

图2显示具有双重牙形态产品13的完成齿轮，具有所有的结构特征，如同使用图1所说明的。图3特别指出用于制作所提出的具有双重牙形态的齿轮的完整制造方法中所涉及的所有步骤和过程；其中图3标示所有必需步骤和次级步骤，是以持续的步进式方式实行的。在小型齿轮区段3上进行的第一阶段冷挤压特别地消除了实行在此用于形成齿轮形态8的塑形作业的任何可能性。再次地，在较大齿轮区段4上进行的第二阶段冷挤压特别地消除了在此实行用于形成牙形态11的滚铣作业的任何可能性。

虽然本发明已参照特定实施方式进行说明，但该说明并非用于限制本发明。所揭露的实施方式的各种修饰和本发明的选择性实施方式，对于发明所属技术领域的普通技术人员在参照本说明后将变得明显。因此需考虑的是，这样的修饰是可进行的，而不脱离本发明如所限定的精神或范围。

Claims (9)

1.一种具有双重牙形态的齿轮的制造方法，该方法涉及锻造作业，该锻造作业用于齿轮毛坯形成，接着是两阶段冷挤压作业，该两阶段冷挤压作业用于在所述齿轮的两个齿轮区段的于其外直径处的周围表面上形成牙形态，其中所述锻造作业和挤压作业与用于修整工件并实现完成结构的支持性任意作业一起施行；

其中所述方法的特征在于：

a)藉由在冷挤压机上的第一阶段冷挤压，在小型齿轮区段的于其中的其外直径处的周围表面上形成牙形态；

b)藉由在冷挤压机上的第二阶段冷挤压，在较大齿轮区段的于其中的其外直径处的周围表面上形成牙形态；以及

c)消除了用于牙生成的机加工需求，例如用于在该较小齿轮区段和该较大齿轮区段的于其外直径处的该周围表面上的牙切割或塑形。

2.如权利要求1所述的具有双重牙形态的齿轮的制造方法，其中该方法涉及用于生成所述齿轮毛坯的初始坯件的热锻造或暖锻造或冷锻造，所述齿轮毛坯围绕其中的相同中央洞和中央轴生成有两个毛坯齿轮区段，其中一个齿轮区段的直径小于其中另一个齿轮区段的直径。

3.如权利要求1所述的具有双重牙形态的齿轮的制造方法，其中较小齿轮区段和较大齿轮区段上的牙形态在以两步骤施行的两个分离的冷挤压作业中形成，且其中主要在牙大小、尺寸和牙外形和其中每一形态的牙数目方面，所述牙形态相对于彼此可选择地为相同的或不同的。

4.如权利要求1所述的具有双重牙形态的齿轮的制造方法，其中所锻造的工件获得修整以进行进一步作业，也就是喷射清理、磷酸盐处理，且接着所锻造的工件于冷挤压机下进行冷挤压(第一阶段)，主要用于在该小型齿轮区段的于其中的其外直径上的该周围表面上生成牙形态。

5.如权利要求1所述的具有双重牙形态的齿轮的制造方法，其中于其小型齿轮区段上的第一阶段冷挤压所得到的该齿轮工件进一步经受第二轮的磷酸盐处理，且其后该齿轮工件进行第二轮的冷挤压，用于在该较大齿轮区段的于其中的其外直径上的该周围表面上生成牙形态。

6.如权利要求1所述的具有双重牙形态的齿轮的制造方法，涉及锻造和两阶段冷挤压过程，其中其特征在于，省却机加工作业的应用，例如用于生成所提出的具有双重牙形态的齿轮的牙塑形和滚铣，并且以很不通常且创新方式，藉由步进式冷挤压作业在小型齿轮区段和较大齿轮区段的外周围上实现两种牙形态。

7.如权利要求1所述的具有双重牙形态的齿轮的制造方法，其中在第二阶段冷挤压完成后，具有双重牙形态的完整齿轮进行持续地步进式精加工作业，主要地涉及CNC加工、外壳渗碳、喷射清理(吊架类型)和搪磨/硬部分打钻。

8.如权利要求1所述的具有双重牙形态的齿轮的制造方法，其中在较小齿轮区段上的所述第一阶段冷挤压涉及用于该目的的该冷挤压机中的封闭模具，且再次地，在较大齿轮区段上的所述第二阶段冷挤压涉及用于该目的的该冷挤压机中的封闭模具；其中所述模具为了所述目的以各种选择范围的形状、大小、尺寸、表面形态和配置来制造。

9.如权利要求1所述的具有双重牙形态的齿轮的制造方法，其中在此生成于所述具有双重牙形态的齿轮的两个齿轮区段上的所述两种牙形态被制成正齿轮(或直齿齿轮)或斜齿轮的牙形态，其中该斜齿轮被塑形如同直立圆锥，其中其顶部的大部分被切除。