專利名稱：齒輪的成形方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種齒輪的成形方法，特別是涉及一種全程連續(xù)冷間鍛造的齒輪的成 形方法。
背景技術：
請參照圖IA所示的現有技術的齒輪熱鍛成型方法的流程示意圖。公知的一般傳 統(tǒng)齒輪成形方式大多利用熱鍛方式成形，其制造流程大致為先將所取得的如棒材之類的胚 料加熱到再結晶溫度以上，再以熱鍛鍛粗至所需要的胚料長度，之后再經由噴砂及機械加 工等步驟來形成齒輪。然而上述熱鍛成形的主要缺點在于其成形過程中是采用將胚料(如 棒材等)加熱到再結晶溫度以上，往往造成該齒輪成形后會有氧化皮的脫落及造成表面脫 碳，使最終制成的齒輪的尺寸精度與表面粗糙度不易控制，甚至超過所設計的鍛胚制造公 差，造成精度不佳，無法應用于較微小齒輪的制造。公知的一般傳統(tǒng)齒輪成形方式，近年已逐漸針對需要較高精度尺寸要求的部分而 在終段采用冷鍛精整方式，以確保齒輪成形的精度，然而采用熱冷鍛復合方式雖可提高小 齒輪精度，但仍需要先行處理熱鍛所造成的氧化皮及表面脫碳層部分，增加后續(xù)的再加工 與時間上的耗費。另外請參照圖IB所示的現有技術的齒輪冷熱鍛成型方法的流程示意圖。其是先 將所取得的如棒材之類的胚料加熱到再結晶溫度以上，再以熱鍛鍛粗至所需要的胚料長 度，之后再經由修整、冷鍛整形及壓印加工等步驟來形成齒輪。公知的一般傳統(tǒng)齒輪成形方 式是利用單道次冷鍛方式成形，對于所要開發(fā)的微小齒輪(其模數在1以下且齒數為13 20齒左右)，易因瞬間冷間成形的加工硬化而產生極大的變形抵抗負荷，造成微小齒輪不 易成形，甚至導致沖頭斷裂。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種連續(xù)式全程冷間鍛造成形方法，其利用多道工 步的體積分配設計，分段降低負荷以完成齒輪成形鍛造。本發(fā)明為解決上述問題所提出的齒輪成形方法包含如下步驟對一胚料進行后向 擠制，以形成具有一盲孔的鍛胚，該鍛胚具有適當的軸向長度及徑向尺寸；進行精密沖切， 以去除鍛胚的盲孔所余的實心胚料部分而形成通孔；以及基于通孔進行鍛胚外輪廓齒型的 沖鍛作業(yè)的定位，并沖鍛形成齒輪。上述的齒輪成形方法中，在應用成型模具對一胚料進行后向擠制的步驟之前，可 預先在垂直于胚料軸向的端面沖制定位孔。上述的齒輪成形方法中，可在進行精密沖切步驟的同時或之后修整該鍛胚的通 孔，以形成較佳的真圓度及表面粗糙度的高精度內孔。上述的齒輪成形方法中，其盲孔所余實心胚料部分的厚度小于或等于進行精密沖 切時可直接切削下料的厚度。
上述的齒輪成形方法中，其齒輪為微型齒輪，并且為正齒輪，且上述的齒輪成形方 法的全步驟為連續(xù)全程冷鍛方式。本發(fā)明的特點在于，本發(fā)明的制造方法是利用連續(xù)式冷間鍛造成形方法，主要利 用精微水平鍛造機臺的連續(xù)操作來進行短時間內極大量的齒輪生產，其為此制造技術的一 大優(yōu)點，其原理為將原本一單道次的冷間鍛粗成形，因過大的負荷而造成模具損壞(大多 為沖頭斷裂)，而本發(fā)明先行在齒輪最終成形前(第六道工步)利用前面五道工步的體積分 配的設計，使得負荷能夠分段降低，并且在一定的機臺設備規(guī)格內(大多為六道次以內)完 成該齒輪的成形鍛造。如前所述，本發(fā)明的制造方法因其負荷經由多道次的降低，使得模具的成形負荷 減少許多，除可避免模具損壞之外，還同時增加了該模具可進行大批量生產的次數(模具 壽命相對提高)，可大幅降低生產成本，提高其產能效益。本發(fā)明的制造方法摒除了公知的齒輪熱鍛法，一般熱鍛法由于其精度受其氧化皮 層與表面脫碳層的影響，往往在后段高精度切削中耗費許多人工，若依據本發(fā)明所提的制 造方法，不僅可減少加工成本，還可減少材料上的浪費。本發(fā)明的制造方法摒除了公知的齒輪熱冷復合鍛法，由于一般熱鍛法的精度不 佳，所以現已有采用冷鍛精整方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)高精度切削的后加工，然而，若采用本發(fā)明所提 出的制造方法，可減少熱冷間鍛造所需要的換模時間，并可由單一冷間鍛造成形法完成，可 大幅減少加工時間與成本。本發(fā)明是先行針對內孔以一定精度成形，再以內孔為基準，利用沖壓成形外輪廓， 使齒輪在裝配時的內孔精度與組裝時的外形精度可達到所要求的公差精度內，提高齒輪的 傳動效率。本發(fā)明利用精微齒輪連續(xù)冷間成形方式(Micro-gear progressive cold forming method)，其具有諸多有益特點精度高，可避免熱鍛所產生的尺寸誤差；全程冷鍛方式可 減少熱鍛至冷鍛過程中的繁雜的加工與合模操作；利用多道次的成形負荷分配，可突破冷 鍛微小齒輪不易成形的瓶頸；因全程采用冷間鍛造成形，其材料易同時因應變情況而使得 機械強度更高，使齒輪的使用壽命提高許多。


圖IA示出現有技術的齒輪熱鍛成型方法的流程示意圖；圖IB示出現有技術的齒輪冷熱鍛成型方法的流程示意圖；圖2示出本發(fā)明實施例的齒輪連續(xù)冷間鍛造成形的流程示意圖；圖3A示出本發(fā)明實施例的取得胚料步驟的結構示意圖；圖3B 圖3C示出本發(fā)明實施例的沖雙邊定位孔步驟的結構示意圖；圖3D示出本發(fā)明實施例的對一胚料進行后向擠制步驟形成一鍛胚的結構示意 圖；圖3E示出本發(fā)明實施例的進行精密沖切步驟的結構示意圖；圖3F示出本發(fā)明實施例的修整該通孔以形成一高精度內孔的結構示意圖；圖3G示出本發(fā)明實施例的進行該鍛胚外輪廓齒型的沖鍛作業(yè)的結構示意圖；以 及
圖3H示出圖3G的正面剖視圖。
其中，附圖標記說明如下
10胚料10'鍛胚
11定位孔12盲孔
13通孔14高精度內孔
15外輪廓齒型20齒輪
t軸向長度d徑向尺寸
b 齒面寬度
具體實施例方式現配合附圖將本發(fā)明優(yōu)選實施例詳細說明如下。首先請參照圖2所示的本發(fā)明實施例的齒輪連續(xù)冷間鍛造成形的流程示意圖。其 中齒輪成型的步驟包含取得胚料10，一般鍛造齒輪所使用的胚料10為一棒狀金屬材料，如碳鋼，由該棒 狀金屬材料剪取適當的長度作為待加工的胚料10(步驟S100)，請同時參照圖3A所示的本 發(fā)明實施例的取得胚料步驟的結構示意圖。在垂直于該胚料10軸向的兩個端面沖雙邊定位孔11 (步驟Sl 10)，以將胚料正確 定位在加工設備的成型模具中，請同時參照圖3B 圖3C，其所示為本發(fā)明實施例的沖雙邊 定位孔步驟的結構示意圖。于本實施例中，該胚料10的兩個端面均沖制定位孔11，但本發(fā) 明的應用并不以此為限，也可僅于該胚料10的一端面沖制定位孔11。應用成型模具(圖中未示出)對該胚料10進行后向擠制，以形成具有一盲孔12 的鍛胚10'，進行后向擠制加工時，該胚料10的前向受成型模具的限制而無法向前流動， 而該胚料10的后向具有一開放的空間，該胚料10可由此向后流動而形成一具有適當的軸 向長度t的鍛胚10'，另一方面，也因為成型模具的限制，鍛胚10'在徑向尺寸d上可獲得 適當的變形度(步驟S120)，優(yōu)選地，該鍛胚10'的徑向尺寸d與軸向長度t之間存在下列 關系t < d < 3t，請同時參照圖3D所示的本發(fā)明實施例的對一胚料進行后向擠制步驟形 成一鍛胚10'的結構示意圖。進行精密沖切，應用沖切模具去除該鍛胚10'的該盲孔12所余留的實心胚料部 分而形成一通孔13(步驟S130)，請同時參照圖3E所示的本發(fā)明實施例的進行精密沖切步 驟的結構示意圖。優(yōu)選地，于進行精密沖切步驟的同時或之后，可應用更精密的沖切模具修整該鍛 胚10'的通孔13，以形成較佳的真圓度及表面粗糙度的高精度內孔14(步驟S140)，請同時 參照圖3F所示的本發(fā)明實施例的修整該通孔以形成一高精度內孔的結構示意圖?；谠撏?3或高精度內孔14進行該鍛胚10'的外輪廓齒型15的沖鍛成形 的定位，并進行沖鍛作業(yè)，該鍛胚10'因沖鍛模具的擠壓而徑向流動并充滿沖鍛模具的模 穴，而形成齒輪20的外輪廓齒形15，以確保最終外輪廓齒形15與該通孔13或高精度內孔 14的相對精度，使齒輪在裝配時的內孔精度與組裝時的外形精度可達到所要求的公差精度 范圍(步驟S150)，進行沖鍛步驟時，鍛胚10'因沖鍛模具的擠壓而徑向流動，使得該鍛胚 10'的軸向長度t大于齒輪20成形后的齒面寬度b，且該鍛胚10'的徑向尺寸d小于齒輪20的齒冠圓直徑，請參照圖3G所示的本發(fā)明實施例的進行該胚料外輪廓齒型的沖鍛作業(yè) 的結構示意圖、以及圖3H所示的圖3G的正面剖視圖。優(yōu)選地，本發(fā)明齒輪的成形方法適用于模數小于或等于1，齒數約介于12至20齒 之間的微型齒輪，優(yōu)選地，前述的微型齒輪為正齒輪。通過本發(fā)明齒輪的成形方法的前五個步驟(步驟SlOO 步驟S140)的預胚成形 過程，可減少其在第六步驟(步驟S150)齒輪沖鍛成形的成形負荷，以便替代現有技術中的 熱鍛加熱過程，減少加工硬化現象的產生。由上述實施例的說明可知，在齒輪成形過程中均 無需加熱設備的加熱，現今雖已有部分齒輪采用冷熱鍛的方式成形，然而該冷熱鍛成形法 在生產過程中仍需要加熱設備，且冷鍛精整的效果仍受制于熱鍛精度的優(yōu)劣；反觀本實施 例的制造方法，與傳統(tǒng)的齒輪成形的差異點在于傳統(tǒng)的齒輪成形大多先進行鍛粗成形，再 由機械加工或是冷鍛成形修整，本發(fā)明的一特點在于適當地采用后向擠制成形技術，其用 意有兩方面第一，利用后向擠制方式成形所需的鍛胚長度，而非利用鍛粗方式；第二，利 用后向擠制方式，使盲孔實心部分減少至在第四步驟(步驟S130)可直接沖切下料的厚度， 以便于第五步驟(步驟S140)的內孔精整，以提高整體齒輪內孔精度，還有助于第六步驟 (步驟S150)最終沖鍛時的定位精度。綜上所述，以上僅記載了本發(fā)明為解決其技術問題所采用的技術手段的實施方式 或實施例而已，而并非用來限定本發(fā)明專利實施的范圍。即凡是與本發(fā)明權利要求書的內 容相符，或依據本發(fā)明權利要求書所做的等效變化與修飾，均為本發(fā)明的權利要求書所涵益。
權利要求
一種齒輪的成形方法，其包含下列步驟應用成型模具對一胚料進行后向擠制，以形成具有一盲孔的鍛胚，該鍛胚形成適當的軸向長度及徑向尺寸；進行精密沖切，以去除該鍛胚的該盲孔所余的實心胚料部分而形成一通孔；以及依據該通孔進行定位，以進行該胚料外輪廓齒型的沖鍛作業(yè)，形成該齒輪。
2.如權利要求1所述的成形方法，其中在應用成型模具對一胚料進行后向擠制的步驟 之前，還包含在垂直于該胚料的軸向的端面沖制定位孔的步驟。
3.如權利要求1所述的成形方法，其中該盲孔所余的實心胚料部分的厚度小于或等于 進行精密沖切步驟可直接切削下料的厚度。
4.如權利要求1所述的成形方法，其中在進行精密沖切步驟的同時或之后，還包含修 整該通孔以形成一高精度內孔的步驟。
5.如權利要求1所述的成形方法，其中該鍛胚的徑向尺寸大于或等于該鍛胚的軸向長 度且小于或等于3倍的該鍛胚的軸向長度。
6.如權利要求1所述的成形方法，其中該齒輪為微型齒輪。
7.如權利要求6所述的成形方法，其中該微型齒輪為正齒輪。
8.如權利要求7所述的成形方法，其中該正齒輪的模數小于或等于1。
9.如權利要求1所述的成形方法，其中該成形方法為連續(xù)全程冷鍛的方式。
10.一種如權利要求1所述的成形方法所制成的齒輪，其中該齒輪為一微型齒輪。
11.如權利要求10所述的齒輪，其中該微型齒輪為一正齒輪。
12.如權利要求11所述的齒輪，其中該正齒輪的模數小于或等于1。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種齒輪的成形方法，該成形方法包含如下步驟首先取得一胚料，其后應用成型模具對胚料進行后向擠制，以形成一內孔，并同時形成適當的胚料軸向長度，隨后進行精密沖切，以去除胚料的內孔在軸線方向上所余的實心胚料部分而形成通孔，接著修整該通孔以形成高精度內孔；以及基于該高精度內孔進行定位，以進行胚料外輪廓齒型的沖壓作業(yè)而形成齒輪。采用本發(fā)明，可減少熱冷間鍛造所需要的換模時間，并可由單一冷間鍛造成形法完成，可大幅減少加工時間與成本。
文檔編號F16H55/08GK101907159SQ200910141400
公開日2010年12月8日 申請日期2009年6月4日 優(yōu)先權日2009年6月4日
發(fā)明者林俞廷, 林志浩, 鄭淙仁 申請人:財團法人金屬工業(yè)研究發(fā)展中心