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CN101489701A - 生产齿轮的方法 - Google Patents

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Abstract

一种由压制和烧结并在齿连接的区域具有加工余量的粉末金属坯(1)制造齿轮的方法，通过展开压制工具(7)而使粉末金属坯(1)产生塑性变形，而所述压制工具(7)是通过穿入粉末金属坯(1)的制齿的相对的制齿来产生的。为了创造有利的压缩条件，建议通过在粉末金属坯(1)的方向上轴向展开压制工具(7)来产生成型辊子(8)，从而成型辊子(8)在整个外周上同时压缩粉末金属坯(1)。

Description

生产齿轮的方法
技术领域
本发明涉及一种用压制和烧结并在制齿区域(gearing area)具有加工余量的粉末金属坯来生产齿轮的方法，以及实施该方法的装置，在所述方法中，利用形成与粉末金属坯的制齿相啮合的相对制齿的压制工具的滚动，形成所述加工余量的塑性变形，从而该粉末金属坯在所述加工余量的区域被压缩(compacted)。
背景技术
为了在由粉末冶金生产的齿轮的齿基部区域(the area ofthe tooth bases)获得更高的永久弯曲强度并在齿侧面区域(the area ofthe tooth flanks)获得更高的抗磨性，在齿侧面和基部区域对齿轮的烧结粉末金属坯进行压缩是已知的(EP0552272B1，AT406836B)，由此获得大的无孔的表面层，这在齿轮的啮合区域显著增加了允许负荷能力。齿轮啮合区域的表面层的压缩(compaction)是通过压制工具(compression tool)进行的，该压制工具表现为至少一个齿轮的形式，具有与粉末金属坯的制齿相啮合的外制齿(external gearing)(EP0552272B1)或者内制齿(internal gearing)(AT406836B)，在其帮助下粉末金属坯的齿侧面和压制工具之间的滑动速度被降低。此外，使用与粉末金属坯的制齿(gearing)相啮合的蜗杆作为压制工具是已知的(WO0043148A1)，其中蜗杆的轴线横向地穿过粉末金属坯的轴线。但是，不论所使用的压制工具的类型，危险在于在压制工具和容纳齿轮的心轴之间局部出现的压缩力将导致整个轮横截面的塑性变形，这不仅会产生两个侧面的压缩不足，而且也导致轮圆周的不允许的扩大，尤其在相对于齿根圆具有相对大的内部直径的齿轮中。为了避免这种缺点，已经建议(AT412955B)在整个圆周的两个前面压缩过程中径向卡住粉末金属坯，这需要另外的措施，但是，这不能阻止在滚动力的振动，因此由于交替的重叠条件而出现振动激发，但是，这导致工具和工件的应力增加并且从而导致性能的限制。
最后，利用矩阵工具来压缩由压制和烧结的粉末金属坯生产的齿轮的齿基部和齿侧面(US6168754B1)是已知的，该矩阵工具具有互相紧随的矩阵板，其轴向间距具有用于粉末金属坯的阶段状变小的通道横截面，从而可以使用柱塞(plungcr)通过矩阵工具来轴向挤压粉末金属坯。因为在粉末金属坯的整个外周上的同时压缩，可以为压缩齿区域确保好的尺寸稳定性。但是，该尺寸稳定性通过工件和工具之间的唯一的滑动摩擦获得，这导致工具增加的磨损和工件上相应的磨损。
发明内容
因此，本发明基于实施用于生产在开始处描述的类型的齿轮的方法的目的，该方法是以这样的方式实施：在压缩齿的过程中可以确保齿轮的良好的尺寸稳定性，而不必接受过多的工具磨损或更高的工具和/或工件应力。
由于通过构成压制工具的成型辊子向粉末金属坯轴向的滚动而在整个外周上同时压缩粉末金属坯，本发明实现了上述目的。
通过在粉末金属坯轴向方向上的滚动具有相应于齿横截面的相反形状的轮廓的成型辊子，首先实现了没有磨损的光滑的工件表面。因为成型辊子另外地在粉末金属坯的整个外周上同时能起作用并且相应地均匀并对称地装载齿，可以确保高的尺寸稳定性。所有齿的同时压缩另外避免了振动激励，其可以导致工具或工件的应力增加，因此相对高的处理速度和从而生产方法的成本效率改进成为可能。
为了在加工余量的区域在齿表面压缩上施加另外的影响，成型辊子可以在具有预先确定的滑动的粉末金属坯上滚动。在这样的情况下，在塑性变形过程中材料的流动可以至少局部由出现在成型辊子和工件之间的滑动上的滑动摩擦支撑。
为了实现生产方法，可以使用一装置作为具有保持器和具有至少一个压制工具的基础，所述保持器用于经压制和烧结并具有加工余量的齿轮的粉末金属坯，所述压制工具形成与粉末金属坯的制齿相啮合的相对的制齿。对于来自这种类型的已知装置的区别，该压制工具包括形成所述相对的制齿的成型辊子的封闭轮缘，所述成型辊子的轴位于与粉末金属坯的轴线垂直的共用的平面上，所述成型辊子沿围绕成型辊子的支撑主体的型槽被引导，型槽平行于粉末金属坯的轴线。因为成型辊子在共用的直径平面上互相无缝地相邻，可能具有弹性预应力，并且围绕与齿轮设计的外形相应的横截面，所以，相对于支撑主体共轴位移的用于粉末金属坯的轴向保持器足以因成型辊子沿着齿的滚动而轴向挤压粉末金属坯通过由成型辊子轮缘围绕的横截面，并且同时在加工余量的区域压缩粉末金属坯的齿。产生的滚动力可以有利地从成型辊子驱散到围绕成型辊子的支撑主体上，该支撑主体被提供有用于滚动成型辊子的轴向型槽，其中成型辊子逆着侧向错开被引导。
为了避免成型辊子在支撑主体的轴线方向上的成型辊子的相互位移，成型辊子可以被保持在相对于支撑主体轴向位移的保持架上，该保持架在简单的实施例中可以包括两个在它们之间容纳成型辊子的柱塞。由于这样的保持架的自由位移性，成型辊子一方面基本上在粉末金属坯上无滑动地滚动而另一方面在支撑主体的型槽中无滑动地滚动。但是，如果保持架以预先确定的速度相对于支撑主体轴向位移，成型辊子的滚动运动可以具有添加的滑动运动，通过它可以在成型辊子的啮合区域对压缩条件产生影响。
为了使在成型辊子之间挤压通过的必要的轴向力施加在粉末金属坯上，并且可以在相反的方向上轴向冲击粉末金属坯，轴向保持器可以具有在其之间容纳粉末金属坯的两部分。如果保持器的这些部分另外地形成与要生产的齿轮的齿间隙相应的轴向型槽，成型辊子可以有利地沿这些型槽被引导并围绕外周定向保持器，所述保持器具有粉末金属坯。
正如已经指出的，对于粉末金属坯齿的有利的压缩尤其有意义在于成型辊子在它们的整个直径平面上形成封闭的轮缘。为了避免在相邻成型辊子之间由于工具磨损形成的加工毛刺的危险，压制工具的成型辊子可以沿着前锥面(frontal conical faces)相互接触，以便由于粉末金属坯的齿的塑性压缩，在两个成型辊子之间的材料的渗透(penetration)可以被防止，尤其是如果在接触区域具有预应力的成型辊子相互挤压时。
附图说明
基于附图更加详细地描述根据本发明的方法。在附图中：
图1显示了根据本发明用于生产齿轮的在简化轴向部分的装置，
图2详细显示了放大比例的沿图1的线II-II的部分的装置，和
图3和图4显示了相应于图1但是不同操作位置和更小比例的装置。
具体实施方式
所示的用压制和烧结的粉末金属坯1生产齿轮的装置具有心轴2，该心轴至少在压缩过程中在齿区域径向支撑粉末金属坯1，根据示例性实施例连接固定到位。安装由两部分4和5形成的保持器3，使得它在该心轴2上可轴向位移，所述两部分4和5可以在两部分之间以贴身的方式容纳粉末金属坯1。部分4和5形成与要生产的齿轮的齿隙相应的轴向型槽6。压制工具7用于加工粉末金属坯1，其提供了成型辊子8的封闭轮缘(closed collar)，该成型辊子的轴线位于与心轴2的轴线垂直进而与粉末金属坯1的轴线垂直的共用的直径平面。这些成型辊子8形成与粉末金属坯1的制齿相啮合的相对的制齿，这导致由于在粉末金属坯1上滚动而在粉末金属坯1的齿的加工余量区域的压缩。成型辊子8在支撑主体10的轴向型槽9啮合，所述型槽围绕成型辊子8，以在粉末加工金属1的轴线方向上引导成型辊子。此外，成型辊子8被引导在保持器3的型槽6中，因而型槽6相对于围绕周围的成型辊子8保持定向。为了当成型辊子8沿着支撑主体10的型槽9位移时该成型辊子8保持在共用的直径平面上，成型辊子8被引导在保持架11上，保持架在示例性实施例中以简单的方式由两个啮合在支撑主体10和粉末金属坯1的保持器3之间的环形间隙内的柱塞12和13形成，当然，这不是强制性要求。
正如可以从图2看出的，成型辊子8在它们前面具有锥面14。因为成型辊子8沿着这些端侧锥面14互相支撑，有利的支撑条件导致粉末金属坯1的齿头区域，这防止成型辊子8在这个区域过载。
为了用烧结粉末金属坯1生产齿轮，在保持器3被封闭和与保持器3的部分5举升的保持架11的柱塞13被向着成型辊子8的轮缘下放之前，在图1所示，粉末金属坯1被放置而适当地定向在一个保持器部分4，保持器3打开。为了压缩粉末金属坯1的齿，具有粉末金属坯1的保持器3现在相对于支撑主体10轴向位移，以实现成型辊子8在粉末金属坯1上的滚动，从而齿表面压缩特定的加工余量。根据显示的示例性实施例，当保持器3轴向冲击时，支撑主体10和心轴2保持固定到位。成型辊子8在支撑主体10的型槽9和保持器3的型槽6中以及在粉末金属坯1的齿表面上滚动，其延长了型槽6。图3和4显示就在粉末金属坯1的齿轮的压缩之前和之后的压制工具7的位置。正如可以从图3和4推出的，由柱塞12和13形成的保持架11与成型辊子8一起在心轴的方向上移动，以便确保在粉末金属坯1上的成型辊子8的基本无滑动的滚动。成型辊子8的滚动运动可以具有通过加速或加速保持架11而叠加的滑动运动。该叠加导致在粉末金属坯1的区域的另外的滑动摩擦，在滑动摩擦的帮助下可以影响压缩过程。
当然，本发明不限于示例性实施例。因而，保持架11可以包括容纳成型辊子8的框架。此外，因为由成型辊子8的封闭轮缘同时加工粉末金属坯1的所有齿，所以不要求提供心轴2以径向支撑粉末金属坯1。此外，成型辊子的分度(indexing)可以偏离齿的分度，例如，因为成型辊子被用于两个齿或者分离的成型辊子被用于齿隙和齿头。最后，应当注意到使用的术语“齿轮”被理解为不仅表示互相滚动的齿轮，也表示滑轮或具有花键的轮。本发明可以用于加工所有具有围绕周围分布的类似齿的突起的工件。

Claims (6)

1、一种用压制和烧结并在制齿区域具有加工余量的粉末金属坯来生产齿轮的方法，其中，利用形成与粉末金属坯的制齿相啮合的相对制齿的压制工具的滚动，形成所述加工余量的塑性变形，从而该粉末金属坯在所述加工余量的区域被压缩，其特征在于，粉末金属坯通过构成压制工具的多个成型辊子相对于该粉末金属坯轴向地滚动而在整个外周上被同时压缩。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成型辊子在粉末金属坯上滚动时具有预先确定的滑动。
3、一种用于生产齿轮的装置，具有用于齿轮的粉末金属坯的保持器，该粉末金属坯经压制和烧结并具有加工余量，并且该装置具有至少一个压制工具，该压制工具形成与粉末金属坯的制齿相啮合的相对制齿，其特征在于，该压制工具(7)包括一个由多个形成所述相对制齿的成型辊子(8)组成的封闭轮缘，所述多个成型辊子的轴线位于一个与所述粉末金属坯(1)的轴线垂直的共用的平面上，所述多个成型辊子(8)沿围绕成型辊子(8)的一个支撑主体(10)上的多个型槽(9)被引导，所述型槽平行于粉末金属坯(1)的轴线延伸，并且，用于粉末金属坯(1)的轴向保持器(3)相对于支撑主体(10)能够共轴地位移。
4、如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述成型辊子(8)保持在一个保持架(11)上，该保持架相对于支撑主体(10)能够以预先确定的速度轴向位移。
5、如权利要求3或4所述的装置，其特征在于，用于粉末金属坯(1)的轴向保持器(3)具有两个部分(4，5)，在这两个部分之间容纳粉末金属坯(1)，并且，该保持器(3)形成用于引导成型辊子(8)的轴向型槽(6)，该型槽相应于要生产的齿轮的齿隙。
6、如权利要求3到5之一所述的装置，其特征在于，所述压制工具(7)的多个成型辊子(8)沿着端侧锥面(4)互相接触。
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