專利名稱：圓形、扇形齒輪精密沖壓成形加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
圓形、扇形齒輪精密沖壓成形加工方法屬于沖裁齒輪加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種圓形或扇形齒輪的沖壓加工工藝。
背景技術(shù)：
申請(qǐng)人認(rèn)為，使用精密沖裁工藝加工齒輪是制造齒輪的一種重要的途徑，它利用沖壓模具(凸模和凹模)從板料沖切出齒輪，適于加工模數(shù)小于6毫米，厚度小于10毫米的片形齒輪、齒條、棘輪、鐘表齒輪和儀表齒輪等。沖裁齒輪的精密可達(dá)8級(jí)，斷面粗造度可小至Ra＝0.32～0.16微米。若沖裁時(shí)在工件周圍采用強(qiáng)力壓料板，并在工件下面設(shè)反壓板，使工作在三向壓應(yīng)力狀態(tài)下沖裁，可防止沖裁過程中齒輪翹曲變形并提高齒輪的質(zhì)量。申請(qǐng)人尚未發(fā)現(xiàn)有與本圓形齒輪、扇形齒輪技術(shù)特征相類同的技術(shù)方案向中國專利局提出申請(qǐng)，并予以公布。也未發(fā)現(xiàn)有此類產(chǎn)品在市場(chǎng)上銷售或被公眾使用。
另據(jù)申請(qǐng)人所知，本申請(qǐng)的產(chǎn)品——圓形齒輪和扇形齒輪系由金屬制成的，它是建筑用塑鋼(鋁合金)門窗中的重要零件。用鑄造、粉末冶金等加工所制造的齒輪，雖然可以滿足其幾何特征的要求，但因疲勞原因齒輪易斷齒，工作壽命短。機(jī)械切削或軋制的方法所需用的設(shè)備量多，資金耗費(fèi)高，生產(chǎn)效率低，不是行之有效的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是對(duì)于幾何形狀較復(fù)雜的齒輪采用沖壓成形方法，不僅生產(chǎn)工藝簡單，易達(dá)到技術(shù)指標(biāo)，且可使之工作壽命長，成本低，圓形齒輪和扇形齒輪是塑鋼門窗五金件中的重要零件。
發(fā)明的技術(shù)方案如下圓形齒輪(1)的外形輪廓由圓弧面和若干個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)輪齒(3)組成，其幾何中心有一個(gè)異形軸孔(4)，在圓形齒輪的端面(6)上，異形軸孔(4)的周邊有圓形凸臺(tái)(7)；在圓弧面的內(nèi)側(cè)，凸臺(tái)的周邊開有通孔(8)；圓形齒輪(1)按以下工步進(jìn)行加工
①?zèng)_孔，即沖壓異形軸孔(4)和避空工藝孔(5)，將條料(26)置于壓板(13)與凹模(25)之間，壓緊后壓力機(jī)工作時(shí)合模壓緊條料；沖孔沖頭(14)壓入條料(26)，在條料上沖出異形軸孔(4)和避空工藝孔(5)，開啟模具，壓板(13)與沖孔沖頭(14)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使條料(26)與沖孔沖頭(14)分離；②定位，將異形軸孔(4)套在定位桿(23)中；③成形，將異形軸孔(4)套在定位桿(22)中，模具閉合；壓板(13)壓緊條料(26)后，凸模(15)壓入條料(26)中，在壓力的作用下，條料上金屬充填進(jìn)入由凹模(25)、頂出套(21)、定位桿(22)、成形凸模(15)形成的凸臺(tái)(7)的空間，形成凸臺(tái)，并使之具有相應(yīng)的齒厚；④沖孔，成形后的條料套在定位桿(20)中，當(dāng)模具閉合時(shí)，沖制出兩個(gè)相應(yīng)直徑的穿孔(8)；⑤落料，當(dāng)模具閉合時(shí)，落料凸模(17)將圓形齒輪與條料(26)分離，即得到圓形齒輪(1)。
扇形齒輪(9)的外形輪廓由若干個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)齒輪(10)弧面和平面組成，其幾何中心有一個(gè)轉(zhuǎn)軸方孔(11)；在扇形齒輪(9)的兩端面上，轉(zhuǎn)軸方孔(11)的周邊有圓形凸臺(tái)(12)；扇形齒輪(9)按以工步進(jìn)行加工①?zèng)_孔，即沖壓扇形齒輪(9)的轉(zhuǎn)軸方孔，此時(shí)，壓力機(jī)工作、合模，壓板(31)與凹模(43)一起壓緊條料(30)；沖孔沖頭(32)壓入條料，在條料上沖出轉(zhuǎn)軸方孔(11)和避空工藝孔(27)；開啟模具，壓板(31)與沖孔沖頭(32)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)使條料與沖孔沖頭(32)分離；②定位，轉(zhuǎn)軸方孔(11)套在定位桿(40)中，沖制下一個(gè)零件的轉(zhuǎn)軸方孔和避空工藝孔。
③成形，轉(zhuǎn)軸方孔(11)套在定位桿(39)上時(shí)，模具閉合，壓板(31)壓緊條料后，成形凸模(33)壓入條料中；在壓力的作用下，條料金屬充填進(jìn)入由凹模(43)、頂出套(38)、定位桿(39)、成形凸模(33)形成的凸臺(tái)空間，形成凸臺(tái)并使之具有相應(yīng)的齒厚；④定位，成形后的條料被套在頂桿(37)上；⑤落料，當(dāng)模具閉合時(shí)，落料凸模(34)將扇形齒輪與條料分離，即得到扇形齒輪。
實(shí)踐證明該技術(shù)方案它與現(xiàn)有技術(shù)方案相比較具有以下的有益效果適用于幾何形較復(fù)雜的齒輪加工；生產(chǎn)工藝簡單；技術(shù)指標(biāo)易實(shí)現(xiàn)；成本低，是一種先進(jìn)的、經(jīng)濟(jì)的制造齒輪的方法。


圖1圓形齒輪正視圖。
圖2圓形齒輪左視圖。
圖3圓形齒輪精密沖壓成形加工工步流程圖。
圖4圓形齒輪精密沖壓成形流程圖。
圖5扇形齒輪正視圖。
圖6扇形齒輪左視圖。
圖7扇形齒輪精密沖壓成形加工工步流程圖。
圖8扇形齒輪精密沖壓成形流程圖。
圖9單工序圓形齒輪生產(chǎn)方法圖，其中a、b、c分別表示工序1、工序2和工序3。
圖10單工序圓形齒輪零件形成圖，其中a、b、c分別表示工序1、工序2和工序3。
圖11單工序扇形齒輪生產(chǎn)方法圖，其中a、b、c分別表示工序1、工序2和工序3。
圖12單工序扇形齒輪零件形成圖，其中a、b、c分別表示工序1、工序2和工序3。
圖中各符號(hào)定義如下1——圓形齒輪，即構(gòu)成圓形齒輪的輪廓正視圖。
2——圓形齒輪的圓弧面輪廓，它約占整個(gè)外形輪廓的三分之一。
3——非標(biāo)準(zhǔn)齒輪，設(shè)有6個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)齒，其中全齒4個(gè)，構(gòu)成圓形齒輪的齒形輪廓，齒寬3.5mm。
4——異形軸孔，呈方形，用于與轉(zhuǎn)軸相配合，本設(shè)計(jì)的軸孔深為7mm。
5——避空工藝孔，為方便沖壓成形時(shí)余料的移動(dòng)。
6——齒輪端面。
7——凸臺(tái)，位于圓形齒輪的兩端上，異形軸孔的周邊。
8——通孔，2個(gè)，具有裝配定位功能，孔徑ф＝3.1mm。
9——扇形齒輪，呈扇形，即構(gòu)成扇形齒輪的正視圖。
10——非標(biāo)準(zhǔn)齒輪，本方案設(shè)有4個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)齒，其中全齒2個(gè)，齒厚4mm。
11——轉(zhuǎn)軸方孔，用于與轉(zhuǎn)軸相配合，本設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)軸方孔尺寸為7×7(平方毫米)，孔深8mm。
12——凸臺(tái)，在扇形齒輪的兩端面上，轉(zhuǎn)軸方孔的周邊。
13——壓板，位于條料的上方，其作用是壓緊條料并導(dǎo)向。
14——沖孔沖頭，是完成異形軸孔和避空工藝孔沖孔工步的重要加工工具之一。
15——成形凸模，是連續(xù)沖模的組成部分之一，主要用于形成齒輪兩端面的凸臺(tái)。
16——定位孔沖頭。
17——落料凸模，是連續(xù)沖模的重要部件，與凹模一起將零件與條料分離。
18——反壓板，位置與落料凸模相對(duì)應(yīng)，且垂直于同一平面，主要作用是與沖頭一起壓緊條料并頂出與條料分離后的零件。
19——定位桿，位于條料所處的平面的下方，圓形齒輪中心的異形軸孔嵌在其上，兩者的軸線相重疊，為圓形齒輪落料工步提供定位。
20——定位桿，位于條料所處的平面的下方，在沖孔工步完成后，圓形齒輪中心的異形軸孔嵌在其上，兩者的軸線相重合，為圓形齒輪沖孔定位工步提供定位。
21——頂出套，外徑與零件的凸臺(tái)直徑相同，內(nèi)孔與定位桿滑動(dòng)配合，可將條料推出定位桿。
22——定位桿，位于條料所處平面的下方，外形與零件的異形軸孔相同，其作用是為圓形齒輪擠壓工步提供定位、整形。
23——定位桿，外形與異形軸孔相同，作用是限制沖裁過程的步距。
24——頂桿，外形與兩沖孔沖頭相同，作用是頂出被切入凹模的廢料。
25——凹模，模具最重要的組件之一。
26——條料，即加工成圓形齒輪或扇形齒輪的原材料，可選用經(jīng)軟化退火后的碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼板或鋁、銅及其合金板材，要求其應(yīng)有較好的塑性，金相組織為彌散均勻分布的球狀細(xì)晶粒。
27——避空工藝孔，在擠壓成形中，移向周邊的多余料被它容納，擠壓完成后，該孔變小。
31——壓板，位于條料的上方，其作用是壓緊條料并導(dǎo)向。
32——沖孔沖頭，是完成異形軸孔和避空工藝孔工步的重要加工工具。
33——成形凸模，主要用于形成扇形齒輪兩端面形成凸臺(tái)。
34——落料凸模，外形與半齒輪相似，與凹模一起將零件與條料分離。
35——反壓板，外形呈半齒輪，主要作用是與沖頭一起壓緊條料，并頂出與條料分離后的零件。
36——定位桿，位于條料所處的平面的下方，扇形齒輪中心的轉(zhuǎn)軸方孔嵌在其上，兩者的軸線相重疊，為扇形齒輪落料工步提供定位。
37——頂桿，輔助頂料桿。
38——頂出套，外徑與零件的凸臺(tái)直徑相同，內(nèi)孔與定位桿滑動(dòng)配合，作用是將條料推出定位桿。
39——定位桿，外形同零件的轉(zhuǎn)軸方孔相同，主要作用為扇形齒輪擠壓工步提供定位、整形。
40——定位桿，外形同零件的轉(zhuǎn)軸方孔相同，主要作用是限制沖裁過程的步距。
41——頂出套，外徑與零件的凸臺(tái)直徑相同，內(nèi)孔與定位桿滑動(dòng)配合，作用是將條料推出定位桿。
42——頂桿，外形與兩沖孔相同，作用是頂出被切入凹模的廢料。
43——模，模具最重要的組件之一。
44——圓形齒輪沖孔沖頭，是在單工序中完成異形軸孔沖孔工步的重要加工工具之一。
45——卸料板，系指在單工序圓形齒輪生產(chǎn)方法中從沖頭上卸下被沖孔的零件。
46——凹模。
47——生產(chǎn)零件用的原材料。
48——成形凸模，使圓形齒輪兩端面形成凸臺(tái)。
49——定位桿，外形與零件轉(zhuǎn)軸方孔相同，作用是擠壓定位，整形。
50——頂出套，外徑與零件的凸臺(tái)直徑相同，內(nèi)孔與定位桿滑動(dòng)配合，作用是將材料推出定位桿。
51——擠壓凹模。
52——被壓成形的零件。
53——定位孔沖頭。
54——定位桿，外形與零件轉(zhuǎn)軸方孔相同，作用是落料時(shí)定位。
55——落料凹模。
56——頂出套，外徑與零件的凸臺(tái)直徑相同，內(nèi)孔定位桿滑動(dòng)配合，作用是將零件推出定位桿。
57——與零件分離的廢料。
58——沖孔凹模形狀。
59——材料擠壓后的外形。
60——落料后的零件及廢料(俯視圖)。
61——扇形齒輪沖孔沖頭。
62——卸料板，從沖頭上卸下被沖孔的零件。
63——凹模，
64——成形凸模，用于成形圓形齒輪兩端成凸臺(tái)。
65——定位桿，外形與零件轉(zhuǎn)軸方孔相同，作用是擠壓時(shí)定位，整形。
66——擠壓凹模，67——頂出套，外徑與零件的凸臺(tái)直徑相同，內(nèi)孔與定位桿滑動(dòng)配合，作用是將材料推出定位桿。
68——定位桿，外形與零件轉(zhuǎn)軸方孔相同，作用是落料時(shí)定位。
69——落料凹模。
70——頂出套，外徑與零件的凸臺(tái)直徑相同，內(nèi)孔與定位桿滑動(dòng)配合，作用是將零件推出定位桿。
71——成形凸模。
72——沖孔凹模形狀。
73——材料擠壓后的外形。
74——落料后的零件及廢料(俯視圖)。
需要說明的是可以使用單工序模制造圓形齒輪和扇形齒輪，采用相應(yīng)的模具在壓力機(jī)上分別完成各工序，圖9和圖10分別為單工序圓形齒輪的生產(chǎn)方法圖和其零件形成圖。圖11和圖12分別為單工序扇形齒輪的生產(chǎn)方法圖和其零件形成圖，現(xiàn)就圓形齒輪單工序的生產(chǎn)方法及其形成圖予以說明工序1將塊狀毛坯(每塊加工一個(gè)零件)置于沖孔凹模上，壓力機(jī)工作模具閉合時(shí)，壓板壓緊塊狀毛坯，沖頭壓入毛坯并沖制成異形軸孔。
工序2將沖好異形軸孔的半成品毛坯套入定位軸中，壓力機(jī)工作模具閉合時(shí)，壓板壓緊毛坯后成形凸模壓入毛坯中，毛坯上的金屬充填進(jìn)入由凹模、頂出套、定位桿、壓板和成形凸模形成的凸臺(tái)空間，形成凸臺(tái)。
工序3將成形后的毛坯套在定位桿上，壓力機(jī)工作模具閉合時(shí)，沖制2-ф3.1的通孔，即制作出滿足要求的零件。
具體實(shí)施例方式按照上述所給出的發(fā)明內(nèi)容、附圖及說明，便可制作出符合設(shè)計(jì)指標(biāo)的圓形齒輪或扇形齒輪。申請(qǐng)人認(rèn)為這也是實(shí)施本發(fā)明的一種優(yōu)選方式。
權(quán)利要求
1.一種圓形齒輪精密沖壓成形加工方法，包括成形工序，其特征是A.圓形齒輪(1)的外形輪廓由圓弧面和若干個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)輪齒(3)組成，其幾何中心有一個(gè)異形軸孔(4)，在圓形齒輪的端面(6)上，異形軸孔(4)的周邊有圓形凸臺(tái)(7)，在圓弧面的內(nèi)側(cè)，凸臺(tái)的周邊開有通孔(8)；B.圓形齒輪(1)按以下工步進(jìn)行加工①?zèng)_孔，即沖壓異形軸孔(4)和避空工藝孔(5)，將條料(26)置于壓板(13)與凹模(25)之間，壓緊后壓力機(jī)工作時(shí)合模壓緊條料；沖孔沖頭(14)壓入條料(26)，在條料上沖出異形軸孔(4)和避空工藝孔(5)，開啟模具，壓板(13)與沖孔沖頭(14)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使條料(26)與沖孔沖頭(14)分離；②定位，將異形軸孔(4)套在定位桿(23)中；③成形，將異形軸孔(4)套在定位桿(22)中，模具閉合；壓板(13)壓緊條料(26)后，凸模(15)壓入條料(26)中，在壓力的作用下，條料上金屬充填進(jìn)入由凹模(25)、頂出套(21)、定位桿(22)、成形凸模(15)形成的凸臺(tái)(7)的空間，形成凸臺(tái)，并使之具有相應(yīng)的齒厚；④沖孔，成形后的條料套在定位桿(20)中，當(dāng)模具閉合時(shí)，沖制出兩個(gè)相應(yīng)直徑的通孔(8)；⑤落料，當(dāng)模具閉合時(shí)，落料凸模(17)將圓形齒輪與條料(26)分離，即得到圓形齒輪(1)。
2.一種扇形齒輪精密沖壓成形加工方法，包括成形工序，其特征是A.扇形齒輪(9)的外形輪廓由若干個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)齒輪(10)、弧面和平面組成，其幾何中心有一個(gè)轉(zhuǎn)軸方孔(11)；在扇形齒輪(9)的兩端面上，轉(zhuǎn)軸方孔(11)的周邊有圓形凸臺(tái)(12)；B.扇形齒輪(9)按以工步進(jìn)行加工①?zèng)_孔，即沖壓扇形齒輪(9)的轉(zhuǎn)軸方孔，此時(shí)，壓力機(jī)工作、合模，壓板(31)與凹模(43)一起壓緊條料(26)；沖孔沖頭(32)壓入條料，在條料上沖出轉(zhuǎn)軸方孔(11)和避空工藝孔(27)；開啟模具，壓板(31)與沖孔沖頭(32)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)使條料與沖孔沖頭(32)分離；②定位，轉(zhuǎn)軸方孔(11)套在定位桿(40)中，沖制下一個(gè)零件的轉(zhuǎn)軸方孔和避空工藝孔。③成形，轉(zhuǎn)軸方孔(11)套在定位桿(39)上；模具閉合，壓板(31)壓緊條料后，成形凸模(33)壓入條料中；在壓力的作用下，條料金屬充填進(jìn)入由凹模(43)、頂出套(38)、定位桿(39)、成形凸模(33)形成的凸臺(tái)空間，形成凸臺(tái)并使之具有相應(yīng)的齒厚；④定位，成形后的條料被套在頂桿(37)上；⑤落料，當(dāng)模具閉合時(shí)，落料凸模(34)將扇形齒輪與條料分離，即得到扇形齒輪。
全文摘要
圓形、扇形齒輪精密沖壓加工方法系一種圓形、扇形齒輪的沖壓加工工藝。能對(duì)較復(fù)雜的齒輪進(jìn)行加工;生產(chǎn)工藝簡單;技術(shù)指標(biāo)易滿足;使用壽命長;成本低。圓形齒輪的外形由圓弧面和若干非標(biāo)準(zhǔn)齒輪組成,中心有一異形軸孔,在兩端面異形軸孔的周邊有圓形凸臺(tái),凸臺(tái)的外周邊開有2個(gè)通孔。生產(chǎn)工步如下:沖孔,將條料置于壓板與凹模之間,加壓合模,沖出異形軸孔和避空工藝孔;定位,將異形軸孔套在定位桿中;成形,形成凸臺(tái)和齒厚;沖孔,沖制兩個(gè)通孔;落料,使圖形齒輪與條料分離。扇形齒輪的外輪廓由若干個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)齒輪和平面、弧面組成,中心有一轉(zhuǎn)軸方孔,兩端面有圓形凸臺(tái);生產(chǎn)工步是:沖孔,經(jīng)加壓、合模等沖出轉(zhuǎn)軸方孔;定位;成形,通過模具、壓板形成凸臺(tái)和齒厚;定位;落料,即得。它們可作為塑鋼門窗的重要零件。
文檔編號(hào)B21D53/26GK1381318SQ02115930
公開日2002年11月27日 申請(qǐng)日期2002年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月6日
發(fā)明者周開華, 陶家運(yùn), 陳幫順, 豐革, 謝富冬, 張風(fēng)茹 申請(qǐng)人:武漢華夏精沖技術(shù)有限公司