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齿轮是如何加工的有哪些制造方法

发布时间:2023/11/20 13:53:18   
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齿轮可能是人类最早使用的材料之一。它们几乎存在于所有现代机械中。为了抵御恶劣的操作环境,齿轮必须制造精良、可靠、高效且耐用。齿轮必须降低应力和应变以避免失效,这可能导致状况。为了满足所有这些需求,齿轮制造已经发展成为一个高度专业化的行业。

根据参数的不同,可以使用不同的材料来制造齿轮。虽然在某些应用中使用塑料和复合材料等有色金属材料,但钢是其他应用中最常用的材料。

齿轮通常由钢(最常见的材料)以及包括塑料和复合材料在内的各种有色金属材料制成。根据设计要求,齿轮材料应具备以下性能:在静载荷下抗拉强度高,承受动载荷时的持久强度高,摩擦系数低,可制造性好。

齿轮可以使用各种方法制造,包括铸造、锻造、挤压、粉末冶金和冲压。其中,机械加工是最常用的生产方法。

切削加工常见的切削加工包括:

1滚齿2插齿3齿条式刨削4用盘铣刀切齿5拉削

详细的加工方式介绍在之前文章中详细介绍过,大家可以看看《渐开线齿轮切齿原理》,对几种切齿的方法的原理和过程会有一个基础认识。电火花加工(EDM)

EDM是一种制造工艺,通过在由电介质浴液隔开的两个电极之间施加一系列电流放电,从工件上去除材料。

EDM擅长切割各种尺寸的复杂几何形状,但也有其局限性。如果您没有良好的控制和程序,很容易损坏零件表面,尤其是对CNC程序执行具有挑战性的齿廓。但高质量和直观的3D建模和CAM软件,如FeatureCAM、AutodeskFusion、MasterCAM等,可以产生切割螺旋齿所需的平滑运动。

近年来,EDM机器有所改进。早期的EDM机器和此过程的使用有局限性,但它们一直在发展。这种演变最大限度地提高了表面光洁度、提高切割精度和产生的材料性能(微观结构、机械性能等)的问题。该工艺可以实现精确到千分之一英寸的公差,并制造出小齿轮(直径不到一2mm)和大齿轮(直径超过mm)。该工艺既可用于钟表中的精密应用,也可用于切割更坚固的齿轮,例如赛车中使用的齿轮。

轧制

轧制是最古老的成型工艺之一。它通过两个或三个模具对一个毛坯工件进行热轧或冷轧来形成齿轮,如下图所示。

图:齿轮的轧制如何节省材料是制造过程中的关键问题,轧制是一个不错的选择,因为不会产生切屑。然而,为了获得高效的工艺,您必须在提高产量之前考虑轧制参数、变形和微观结构效应。

铸造

铸造是一种成型工艺,用于制造齿轮毛坯(然后进行加工)和具有铸造齿廓的完整齿轮。公差和精度是铸造齿轮时的关键考虑因素,而创建铸模需要大量的前期成本。然而,一旦确定了模具和工艺参数,大批量生产就证明了投资是合理的。

图:齿轮成型-铸造砂型铸造主要用于生产用于其他工艺的齿轮毛坯。功能齐全的直齿轮、螺旋蜗杆、和锥齿轮均由齿轮铸造制成,用于洗衣机、小家电、手动工具、玩具和照相机。

粉末冶金

粉末冶金是一种高精度成型方法,是传统机械加工钢和铸铁齿轮的一种经济高效的替代方法。然而,这种方法不适用于较大的齿轮尺寸,但擅长制造小型、高质量的直齿轮、锥齿轮和螺旋齿轮。由于成型材料的孔隙率,较大的齿轮具有较低的抗疲劳和抗冲击性,尽管可以使用烧结工艺来改善其机械性能。

当齿轮设计包括孔、凹陷和不同的表面水平或突起时,粉末冶金也特别有用。您会在电器、农场、草坪和花园设备、汽车、卡车和军用车辆中找到这些齿轮。

增材制造

增材制造也称为3D打印,从CAD3D模型逐层构建三维对象。由于工艺的性质,增材机可以形成具有晶格结构的复杂设计。可以对这些结构进行建模,以实现通过传统方法不易获得的轻量化。这种类型的几何形状通常是使用3D拓扑优化和计算机设计软件创建的。

图:3D打印齿轮

传统和非圆形齿轮都可以通过增材制造工艺制造,高质量的3D打印机价格相对便宜且广泛使用。由于这种可用性,它已成为维修和机械项目的选择,例如益智玩具或其他需要全功能齿轮的小工具。您还可以包含其他特征,甚至将几何图形与齿轮形状相结合,以将自定义轴、键或凹槽添加到同一实体中。

结论

如您所见,制造齿轮的方法有很多种。希望本文能帮助您了解最常见的制造方法。如果您觉得这篇文章很有趣,请分享给其他人,

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