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齒輪可能是人類(lèi)z早使用的材料之一。它們幾乎存在于所有現代機械中。為了抵御惡劣的操作環(huán)境,齒輪必須制造精良、可靠、效率高且耐用。齒輪必須降低應力和應變以避免失效,這可能導致?tīng)顩r。為了滿(mǎn)足所有這些需求,齒輪制造已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)高度專(zhuān)業(yè)化的行業(yè)。
根據參數的不同,可以使用不同的材料來(lái)制造齒輪。雖然在某些應用中使用塑料和復合材料等有色金屬材料,但鋼是其他應用中z常用的材料。
齒輪通常由鋼(z常見(jiàn)的材料)以及包括塑料和復合材料在內的各種有色金屬材料制成。根據設計要求,齒輪材料應具備以下性能:在靜載荷下抗拉強度高,承受動(dòng)載荷時(shí)的持久強度高,摩擦系數低,可制造性好。
齒輪可以使用各種方法制造,包括鑄造、鍛造、擠壓、粉末冶金和沖壓。其中,機械齒輪加工是z常用的生產(chǎn)方法。
切削齒輪加工
常見(jiàn)的切削齒輪加工包括:
1滾齒 2插齒 3齒條式刨削 4用盤(pán)銑刀切齒 5拉削
詳細的齒輪加工方式介紹在之前文章中詳細介紹過(guò),大家可以看看《漸開(kāi)線(xiàn)齒輪切齒原理》,對幾種切齒的方法的原理和過(guò)程會(huì )有一個(gè)基礎認識。
電火花齒輪加工 (EDM)
EDM是一種制造工藝,通過(guò)在由電介質(zhì)浴液隔開(kāi)的兩個(gè)電極之間施加一系列電流放電,從工件上去除材料。
EDM 擅長(cháng)切割各種尺寸的復雜幾何形狀,但也有其局限性。如果您沒(méi)有良好的控制和程序,很容易損壞零件表面,尤其是對 CNC 程序執行具有挑戰性的齒廓。但質(zhì)量高和直觀(guān)的 3D 建模和CAM軟件,如 Feature CAM、Autodesk Fusion、Master CAM 等,可以產(chǎn)生切割螺旋齒所需的平滑運動(dòng)。
近年來(lái),EDM 機器有所改進(jìn)。早期的 EDM 機器和此過(guò)程的使用有局限性,但它們一直在發(fā)展。這種演變z大限度地提高了表面光潔度、提高切割精度和產(chǎn)生的材料性能(微觀(guān)結構、機械性能等)的問(wèn)題。該工藝可以實(shí)現j確到千分之一英寸的公差,并制造出小齒輪(直徑不到一2mm)和大齒輪(直徑超過(guò)600 mm)。該工藝既可用于鐘表中的精密應用,也可用于切割更堅固的齒輪,例如賽車(chē)中使用的齒輪。
軋制齒輪加工
軋制是z古老的成型工藝之一。它通過(guò)兩個(gè)或三個(gè)模具對一個(gè)毛坯工件進(jìn)行熱軋或冷軋來(lái)形成齒輪,如下圖所示。
如何節省材料是制造過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題,軋制是一個(gè)不錯的選擇,因為不會(huì )產(chǎn)生切屑。然而,為了獲得效率高的工藝,您必須在提高產(chǎn)量之前考慮軋制參數、變形和微觀(guān)結構效應。
鑄造齒輪加工
鑄造是一種成型工藝,用于制造齒輪毛坯(然后進(jìn)行齒輪加工)和具有鑄造齒廓的完整齒輪。公差和精度是鑄造齒輪時(shí)的關(guān)鍵考慮因素,而創(chuàng )建鑄模需要大量的前期成本。然而,一旦確定了模具和工藝參數,大批量生產(chǎn)就證明了投資是合理的。
砂型鑄造主要用于生產(chǎn)用于其他工藝的齒輪毛坯。功能齊全的直齒輪、螺旋蝸桿、和錐齒輪均由齒輪鑄造制成,用于洗衣機、小家電、手動(dòng)工具、玩具和照相機。
粉末冶金齒輪加工
粉末冶金是一種高精度成型方法,是傳統機械齒輪加工鋼和鑄鐵齒輪的一種經(jīng)濟效率高的替代方法。然而,這種方法不適用于較大的齒輪尺寸,但擅長(cháng)制造小型、質(zhì)量高的直齒輪、錐齒輪和螺旋齒輪。由于成型材料的孔隙率,較大的齒輪具有較低的抗疲勞和抗沖擊性,盡管可以使用燒結工藝來(lái)改善其機械性能。
當齒輪設計包括孔、凹陷和不同的表面水平或突起時(shí),粉末冶金也特別有用。您會(huì )在電器、農場(chǎng)、草坪和花園設備、汽車(chē)、卡車(chē)和軍用車(chē)輛中找到這些齒輪。
增材制造齒輪加工
增材制造也稱(chēng)為3D 打印,從 CAD 3D 模型逐層構建三維對象。由于工藝的性質(zhì),增材機可以形成具有晶格結構的復雜設計??梢詫@些結構進(jìn)行建模,以實(shí)現通過(guò)傳統方法不易獲得的輕量化。這種類(lèi)型的幾何形狀通常是使用 3D 拓撲優(yōu)化和計算機設計軟件創(chuàng )建的。
傳統和非圓形齒輪都可以通過(guò)增材制造工藝制造,質(zhì)量高的 3D 打印機價(jià)格相對便宜且廣泛使用。由于這種可用性,它已成為維修和機械項目的選擇,例如益智玩具或其他需要全功能齒輪的小工具。您還可以包含其他特征,甚將幾何圖形與齒輪形狀相結合,以將自定義軸、鍵或凹槽添加到同一實(shí)體中。
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