CN100333852C - 圆形、扇形齿轮精密冲压成形加工方法 - Google Patents
圆形、扇形齿轮精密冲压成形加工方法 Download PDFInfo
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Abstract
圆形、扇形齿轮精密冲压加工方法系一种圆形、扇形齿轮的冲压加工工艺。能对较复杂的齿轮进行加工；生产工艺简单；技术指标易满足；使用寿命长；成本低。圆形齿轮的外形由圆弧面和若干非标准齿轮组成，中心有一异形轴孔，在两端而异形轴孔的周边有圆形凸台，凸台的外周边开有2个通孔。生产工步如下：冲孔，将条料置于压板与凹模之间，加压合模，冲出异形轴孔和避空工艺孔；定位，将异形轴孔套在定位杆中；成形，形成凸台和齿厚；冲孔，冲制两个通孔；落料，使圆形齿轮与条料分离。扇形齿轮的外轮廓由若干个非标准齿轮和平面、弧面组成，中心有一转轴方孔，两端面有圆形凸台；生产工步是：冲孔，经加压、合模等冲出转轴方孔；定位；成形，通过模具、压板形成凸台和齿厚；定位；落料，即得。它们可作为塑钢门窗的重要零件。
Description
技术领域 圆形、扇形齿轮精密冲压成形加工方法属于冲裁齿轮加工技术领域，特别涉及一种圆形或扇形齿轮的冲压加工工艺。
背景技术 申请人认为，使用精密冲裁工艺加工齿轮是制造齿轮的一种重要的途径，它利用冲压模具(凸模和凹模)从板料冲切出齿轮，适于加工模数小于6毫米，厚度小于10毫米的片形齿轮、齿条、棘轮、钟表齿轮和仪表齿轮等。冲裁齿轮的精密可达8级，断面粗造度可小至Ra＝0.32～0.16微米。若冲裁时在工件周围采用强力压料板，并在工件下面设反压板，使工件在三向压应力状态下冲裁，可防止冲裁过程中齿轮翘曲变形并提高齿轮的质量。申请人尚未发现有与本圆形齿轮、扇形齿轮技术特征相类同的技术方案向中国专利局提出申请，并予以公布。也未发现有此类产品在市场上销售或被公众使用。
另据申请人所知，本申请的产品——圆形齿轮和扇形齿轮系由金属制成的，它是建筑用塑钢(铝合金)门窗中的重要零件。用铸造、粉末冶金等加工所制造的齿轮，虽然可以满足其几何特征的要求，但因疲劳原因齿轮易断齿，工作寿命短。机械切削或轧制的方法所需用的设备量多，资金耗费高，生产效率低，不是行之有效的方法。
发明内容 本发明所要解决的问题是：对于几何形状较复杂的齿轮采用冲压成形方法，不仅生产工艺简单，易达到技术指标，且可使之工作寿命长，成本低，圆形齿轮和扇形齿轮是塑钢门窗五金件中的重要零件。
发明的技术方案如下：
圆形齿轮1的外形轮廓由圆弧面和若干个非标准轮3组成，其几何中心有一个异形轴孔4，在圆形齿轮的端面6上，异形轴孔4的周边有圆形齿轮两端凸台7，在圆弧面的内侧，凸台的周边开有通孔8；
圆形齿轮1按以下工步进行加工：
①冲孔，即冲压异形轴孔4和圆形齿轮加工避空工艺孔5，将条料26置于压板13与凹模25之间，压紧后压力机工作时合模压紧条料；冲孔冲头14压入条料26，在条料冲出异形轴孔4和圆形齿轮加工避空工艺孔5，开启模具，压板13与冲孔冲头14发生相对运动，使条料26与冲孔冲头14分离；
②定位，将异形轴孔4套在圆形齿轮加工第4定位杆19·4中；
③成形，将异形轴孔4套在圆形齿轮加工第3定位杆19·3中，模具闭合；压板13压紧条料26后，成形凸模15压入条料26中，在压力的作用下，条料金属充填进入由凹模25、全齿轮精冲成形顶出套21、圆形齿轮加工第3定位杆19·3、成形凸模15形成的圆形齿轮两端凸台7的空间，形成凸台，并使之具有相应的齿厚；
④冲孔，成形后的条料套在圆形齿轮加工第2定位杆19·2中，当模具闭合时，冲制出两个相应直径的通孔8；
⑤落料，当模具闭合时，落料凸模17将圆形齿轮与条料26分离，即得到圆形齿轮1。
扇形齿轮9的外形轮廓由若干个非标准齿10、弧面和平面组成，其几何中心有一个转轴方孔11；在扇形齿轮9的两端面上，转轴方孔11的周边有扇形齿轮两端凸台12；
扇形齿轮9按以下工步进行加工：
①冲孔，即冲压扇形齿轮9的转轴方孔，此时，压力机工作、合模，压板31与加工扇形凹模43一起压紧条料26；冲孔冲头32压入条料，在条料上冲出转轴方孔11和扇形齿轮加工避空工艺孔27；开启模具，压板31与冲孔冲头32产生相对运动使条料与冲孔冲头32分离；
②定位，转轴方孔11套在扇形齿轮加工第7定位杆36·3中，冲制下一个零件的转轴方孔和扇形齿轮加工避空工艺孔。
③成形，转轴方孔11套在扇形齿轮加工定位杆36·2上；模具闭合，压板31压紧条料后，半齿轮精冲成形凸模33压入条料中；在压力的作用下，条料金属充填进入由加工扇形齿轮凹模43、半齿轮精冲成形顶出套38、扇形齿轮加工第6定位杆36·3、半齿轮精冲成形凸模33形成的凸台空间，形成凸台并使之具有相应的齿厚；
④定位，成形后的条料被套在半齿轮精冲辅助顶杆37上；
⑤落料，当模具闭合时，落料凸模34将扇形齿轮与条料分离，即得到扇形齿轮9。
实践证明该技术方案它与现有技术方案相比较具有以下的有益效果：适用于几何形较复杂的齿轮加工；生产工艺简单；技术指标易实现；成本低，是一种先进、经济的制造齿轮的方法。
附图说明
图1圆形齿轮正视图。
图2圆形齿轮左视图。
图3圆形齿轮精密冲压成形加工工步流程图。
图4圆形齿轮精密冲压成形流程图。
图5扇形齿轮正视图。
图6扇形齿轮左视图。
图7扇形齿轮精密冲压成形加工工步流程图。
图8扇形齿轮精密冲压成形流程图。
图9单工序圆形齿轮生产方法图，其中a、b、c分别表示工序1、工序2和工序3。
图10单工序圆形齿轮零件形成图，其中a、b、c分别表示工序1、工序2和工序3。
图11单工序扇形齿轮生产方法图，其中a、b、c分别表示工序1、工序2和工序3。
图12单工序扇形齿轮零件形成图，其中a、b、c分别表示工序1、工序2和工序3。
图中各符号定义如下：
1-圆形齿轮，即构成圆形齿轮的轮廓正视图。
2-圆形齿轮的圆弧面轮廓，它约占整个外形轮廓的三分之一。
3-非标准齿，设有6个非标准齿，其中全齿4个，构成圆形齿轮的齿轮廓，齿宽3.5mm。
4-异形轴孔，呈方形，用于与转轴相配合，本设计的轴孔深为7mm。
5-圆形齿轮加工避空工艺孔，为方便冲压成形时余料的移动，在挤压成形中，移向周边的多余料被它容纳、挤压完成后，该孔变小。
6-齿轮端面。
7-圆形齿轮两端凸台，位于圆形齿轮的两端上，异形轴孔的周边。
8-通孔，2个，具有装配定位功能，孔径Φ＝3.1mm。
9-扇形齿轮，呈扇形，即构成扇形齿轮的正视图。
10-非标准齿轮，本方案设有4个非标准齿，其中全齿2个，齿厚4mm。
11-转轴方孔，用于与转轴相配合，本设计的转轴方孔尺寸为7×7(平方毫米)，孔深8mm。
12-扇形齿轮两端凸台，在扇形齿轮的两端面上，转轴方孔的周边。
13-压板，位于条料的上方，其作用是压紧条料并导向。
14-冲孔冲头，是完成异形轴孔和避空工艺孔冲孔工步的重要加工工具之一。
15-成形凸模，是连续冲模的组成部分之一，主要用于形成齿轮两端面的凸台。
16-定位孔冲头。
17-落料凸模，是连续冲模的重要部件，与凹模一起将零件与条料分离。
18-反压板，位置与落料凸模相对应，且垂直于同一平面，主要作用是与冲头一起压紧条料并顶出与条料分离后的零件。
19·1～19·4-分别被称为第1、第2、第3和第4定位杆，是圆形齿轮加工定位杆，是在图3和图9、图10中有关圆形齿轮加工中的定位杆，它们的几何形状特征相同，但整个圆形齿轮精密冲压成形加工过程中所处的空间位置不相同，现结合这3张附图就其中不同的工步中的位置和功能予以说明。在图3中，自左至右的第一根定位杆19·1位于条料所处的平面的下方，圆形齿轮中心的异形轴孔嵌在其上，两者的轴线相重叠，为圆形齿轮落料工步提供定位。自左至右的第2定位杆19·2也位于条料所处的平面的下方，在冲孔工步完成后，圆形齿轮中心的异形轴孔嵌在其上，两者的轴线相重合，为圆形齿轮冲孔定位工步提供定位。自左至右的第3定位杆19·3也位于条料所处的平面的下方，外形与零件的异形轴孔相同，其作用是为圆形齿轮挤压工步提供定位、整形。自左至右第4定位杆19·4外形与异形轴孔相同，作用是限制冲裁过程的步距。
21-全齿轮精冲成形顶出套，外径与零件的凸台直径相同，内孔与定位杆滑动配合，可将条料推出定位杆。
24-全齿轮精冲顶杆，外形与两冲孔冲头相同，作用是顶出被切入凹模的废料。
25-凹模，模具最重要的组件之一。
26-条料，即加工成圆形齿轮或扇形齿轮的原材料，可选用经软化退火后的碳素结构钢钢板或铝、铜及其合金板材，要求其应有较好的塑性，金相组织为弥散均匀分布的球状细晶粒。
27-扇形齿轮加工避空工艺孔，在挤压成形中，移向周边的多余料被它容纳，挤压完成后，该孔变小。
31-压板，位于条料的上方，其作用是压紧条料并导向。
32-冲孔冲头，是完成异形轴孔和避空工艺孔工步的重要加工工具。
33-半齿轮精冲成形凸模，主要用于形成扇形齿轮两端面形成凸台。
34-落料凸模，外形与半齿轮相似，与凹模一起将零件与条料分离。
35-反压板，外形呈半齿轮，主要作用是与冲头一起压紧条料，并顶出与条料分离后的零件。
36·1～36·3-分别被称为第5、第6和第7定位杆，是扇形齿轮加工定位杆，是在图7和图11、图12中有关扇形齿轮加工中的定位杆，它们的几何形状特征相同，但整个扇形齿轮精密冲压成形加工过程中所处的空间位置不相同，现结合这3张附图就其在不同的工步中位置和功能予以说明。在图7中，自左至右第1根定位杆36·1位于条料所处的平面的下方，扇形齿轮中心的转轴方孔嵌在其上，两者的轴线相重叠，为扇形齿轮落料工步提供定位。自左至右第2根定位杆36·2，其外形同零件的转轴方孔相同，主要作用为扇形齿轮挤压工步提供定位、整形。自左至右第3根定位杆36·3，其外形同零件的转轴方孔相同，主要作用是限制冲裁过程的步距。
37-半齿轮精冲辅助顶杆，辅助顶料。
38-半齿轮精冲成形顶出套，外径与零件的凸台直径相同，内孔与定位杆滑动配合，作用是将条料推出定位杆。
41-半齿轮精冲定位顶出套，外径与零件的凸台直径相同，内孔与定位杆滑动配合，作用是将条料推出定位杆。
42-半齿轮精冲顶杆，外形与两冲孔相同，作用是顶出被切入凹模的废料。
43-加工扇形齿轮凹模，模具最重要的组件之一。
44-圆形齿轮冲孔冲头，是在单工序中完成异形轴孔冲孔工步的重要加工工具之一。
45-卸料板，系指在单工序圆形齿轮生产方法中从冲头上卸下被冲孔的零件。
46-圆齿轮冲孔凹模。
48-全齿轮普冲成形凸模，使圆形齿轮两端面形成凸台。
49·1～49.2-分别被称为第8、第9定位杆，外形与零件转轴方孔相同，用于零件定位整形。
50-挤压凹模。
51-全齿轮普冲成形顶出套，外径与零件的凸台直径相同，内孔与定位杆滑动配合，作用是将材料推出定位杆。
52-被压成形的圆形齿轮零件。
53-定位孔冲头。
54-圆齿轮落料冲头。
55-落料凹模。
56-全齿轮普冲落料顶出套，外径与零件的凸台直径相同，内孔与定位杆滑动配合，作用是将零件推出定位杆。
57-与零件分离的废料。
58-冲孔凹模形状。
59-材料挤压后的外形。
60-落料后的圆齿轮零件及废料(俯视图)。
61-扇形齿轮冲孔冲头。
62-卸料板，从冲头上卸下被冲孔的零件。
63-半齿轮冲孔凹模。
64-成形凸模，用于成形圆形齿轮两端成凸台。
65·1～65·2-分别被称为第10、第11定位杆，外形与零件转轴方孔相同，用于零件的定位整形。
66-挤压凹模。
67-半齿轮挤压顶出套，外径与零件的凸台直径相同，内孔与定位杆滑动配合，作用是将材料推出定位杆。
69-半齿轮落料凹模。
70-半齿轮落料顶出套，外径与零件的凸台直径相同，内孔与定位杆滑动配合，作用是将零件推出定位杆。
71-半齿轮落料凸模。
72-冲孔凹模形状。
73-材料挤压后的外形。
74-落料后的半齿轮零件及废料(俯视图)
还需要说明的是：可以使用单工序模制造圆形齿轮和扁形齿轮，采用相应的模具在压力机上分别完成各工序，图9和图10分别为单工序圆形齿轮的生产方法图和其零件形成图。图11和图12分别为单工序扇形齿轮的生产方法图和其零件形成图，现就圆形齿轮单工序的生产方法及其形成图予以说明：
工序1将块状毛坯(每块加工一个零件)置于冲孔凹模上，压力机工作模具闭合时，压板压紧块状毛坯，冲头压入毛坯并冲制成异形轴孔。
工序2将冲好异形半成品毛坯套入定位杆中，压力机工作模具闭合时，压板压紧毛坯后成形凸模压入毛坯中，毛坯上的金属充填进入由凹模、顶出套、定位杆、压板和成形凸模形成的凸台空间，形成凸台。
工序3将成形后的毛坯套在定位杆上，压力机工作模具闭合时，冲制2-Φ3.1的通孔，即制作出满足要求的零件。
具体实施方式：按照上述所给出的发明内容、附图及说明，便可制作出符合设计指标的圆形齿轮或扇形齿轮。申请人认为这也是实施本发明的一种优选方式。
Claims (2)
1、一种圆形齿轮精密冲压成形加工方法，包括成形工序，其特征是：
A.圆形齿轮(1)的外形轮廓由圆弧面和若干个非标准轮齿(3)组成，其几何中心有一个异形轴孔(4)，在圆形齿轮的端面(6)上，异形轴孔(4)的周边有圆形齿轮两端凸台(7)，在圆弧面的内侧，凸台的周边开有通孔(8)；
B.圆形齿轮(1)按以下工步进行加工：
①冲孔，即冲压异形轴孔(4)和圆形齿轮加工避空工艺孔(5)，将条料(26)置于压板(13)与凹模(25)之间，压紧后压力机工作时合模压紧条料；冲孔冲头(14)压入条料(26)，在条料冲出异形轴孔(4)和圆形齿轮加工避空工艺孔(5)，开启模具，压板(13)与冲孔冲头(14)发生相对运动，使条料(26)与冲孔冲头(14)分离；
②定位，将异形轴孔(4)套在圆形齿轮加工的第4定位杆(19·4)中；
③成形，将异形轴孔(4)套在圆形齿轮加工第3定位杆(19·3)中，模具闭合；压板(13)压紧条料(26)后，成形凸模(15)压入条料(26)中，在压力的作用下，条料金属充填进入由凹模(25)、全齿轮精冲成形顶出套(21)、圆形齿轮加工第3定位杆(19·3)、成形凸模(15)形成的圆形齿轮两端凸台(7)的空间，形成凸台，并使之具有相应的齿厚；
④冲孔，成形后的条料套在圆形齿轮加工第2定位杆(19·2)中，当模具闭合时，冲制出两个相应直径的通孔(8)；
⑤落料，当模具闭合时，落料凸模(17)将圆形齿轮与条料(26)分离，即得到圆形齿轮(1)。
2、一种扇形齿轮精密冲压成形加工方法，包括成形工序，其特征是：
A.扇形齿轮(9)的外形轮廓由若干个非标准齿(10)、弧面和平面组成，其几何中心有一个转轴方孔(11)；在扇形齿轮(9)的两端面上，转轴方孔(11)的周边有扇形齿轮两端凸台(12)；
B.扇形齿轮(9)按以下工步进行加工：
①冲孔，即冲压扇形齿轮(9)的转轴方孔，此时，压力机工作、合模，压板(31)与加工扇形凹模(43)一起压紧条料(26)；冲孔冲头(32)压入条料，在条料上冲出转轴方孔(11)和扇形齿轮加工避空工艺孔(27)；开启模具，压板(31)与冲孔冲头(32)产生相对运动使条料与冲孔冲头(32)分离；
②定位，转轴方孔(11)套在扇形齿轮加工第7定位杆(36·3)中，冲制下一个零件的转轴方孔和扇形齿轮加工避空工艺孔；
③成形，转轴方孔(11)套在第6定位杆(36·2)上；模具闭合，压板(31)压紧条料后，半齿轮精冲成形凸模(33)压入条料中；在压力的作用下，条料金属充填进入由加工扇形齿轮凹模(43)、半齿轮精冲成形顶出套(38)、第6定位杆(36·2)、半齿轮精冲成形凸模(33)形成的凸台空间，形成凸台并使之具有相应的齿厚；
④定位，成形后的条料被套在半齿轮精冲辅助顶杆(37)上；
⑤落料，当模具闭合时，落料凸模(34)将扇形齿轮与条料分离，即得到扇形齿轮(9)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20070829 Termination date: 20190606 |