专利名称：锥齿轮和准双曲面齿轮及其制造方法
技术领域：
本发明涉及净形锥齿轮和准双曲面齿轮，更具体地，涉及由金属粉末形成的锥齿 轮或准双曲面齿轮及其制造方法。
背景技术：
锥环(斜环)齿轮是公知的且通常在动力传输应用中使用。已知的锥齿轮有螺旋 锥齿轮、弧齿锥齿轮、准双曲面齿轮等。弧齿锥环齿轮通常具有大致环形的齿轮体，该大体 环形齿轮体具有包括多个径向向外延伸的齿轮齿的面。齿轮齿的形式例如可以是直线、弧 齿(螺旋)和双曲面型中的一种。尽管准双曲面齿轮的总体形式与螺旋锥齿轮类似，但是准双曲面齿轮的区别在于 具有弯曲且斜的螺旋齿，其中，齿的齿节面是旋转的双曲面，因此这样命名。准双曲面齿轮 在非相交轴线上操作，所述非相交轴线可成直角或其他方式。准双曲面齿轮比弧齿锥齿轮 更强，以滑动动作或运动接合(其在齿轮齿上施加极大压力)，从而赋予准双曲面齿轮与弧 齿锥齿轮相比更安静地操作且用于更高的减速比。为了实现均勻的滑动接合，啮合对中的 齿轮具有带有共轭齿廓的齿，这样提供共轭，即，均勻的旋转运动。这些共轭轮廓使得一对 中第一齿轮的齿可以被描述为在所述对的第二齿轮的齿上滚动。通常通过产生齿廓来制造齿轮，例如，通过切割或滚齿，或者，通过借助于例如锻 造成形。最普遍地，通过使用CNC齿轮切割机、特殊的切割器和复杂的编程策略来产生锥 齿轮和准双曲面齿轮齿廓。提供用于切割处理的齿轮坯或工件通常是从棒材切割且通过 热处理进行表面机加工而正火的金属坯，或者是通过锻造、缩锻或滚压形成的坯件。在送入 切割器的同时旋转工件，然后产生复杂的齿廓。使用最广泛的是准双曲面齿轮的Gleason、 Oerlikon和Klingelnberg设计，特别是在机动车产业中。这三种方法使用渐开线齿轮形 式，但是产生具有不同曲率的齿。使用多刃面铣刀生产Gleason准双曲面齿轮，其中，齿轮坯相对于旋转的切割器 转动以形成一个齿间槽，然后撤回切割器且将坯分度到切割下一齿的位置。Gleason系统中 的齿是弧形的且它们的深度逐渐减小。Oerlikon系统和Klingelnberg系统将滚压与切割 机中齿的侧向运动结合，所述切割机按照预定相对速度并在不分度的情况下旋转切割器和 齿轮坯。Klingelnberg齿轮的渐开线齿廓具有通常由单启动锥形滚刀在两个通道切割的恒 齿距齿。使用面型旋转切割器生产Oerlikon齿轮的外摆线齿，其中，切割器头具有用于粗 加工、外部切割和内部切割的分立的切割器组，并且送料分为两个阶段。在切割之后锥齿轮或准双曲面齿轮的精加工处理可以包括热处理、滚压、研磨和 其他的表面精加工操作的组合。齿轮切割处理的缺点在于高成本、冗长的处理时间、低产 量、切割余量材料浪费和齿面强度降低。还可以通过从金属坯将齿轮锻造成接近净形来制造锥齿轮或准双曲面齿轮，其 中，通常从棒材或管材切割坯。一种方法包括热顶锻圆棒材以形成盘形中间物，模锻盘以形 成底部封闭的环形体，冲压出中心以形成底部开放的圆环，喷丸且再加热，然后环滚压以形成第四中间产品，按轨道锻造经环滚压的坯以在其上形成锥齿和准双曲面齿，正火且喷丸， 冲压内毛刺和冷压印以形成最终产品。另一锻造方法包括在一步或多步中温锻造超环面 坯，然后通过热处理精加工锻造的中间物，且例如通过研磨进行齿轮齿的表面加工。齿轮锻造处理的缺点在于期间可能发生钢的氧化皮形成和脱碳的多个锻造和再 加热步骤、导致工具的低寿命的高成形压力的使用和造成冗长的处理时间和高成本的包括 调整大小、机加工和热处理的后锻造加工操作。
发明内容
提供一种通过逐渐变形的方法形成的净形锥齿轮部件和准双曲面齿轮部件，其具 有由粉末金属制成的大致环形的齿轮体。齿轮部件包括基表面和具有多个径向向外延伸的 齿轮齿的齿轮齿表面。齿轮齿的形式可以是螺旋、弧齿、锥、准双曲面或类似类型齿轮中的 一种。多个径向向外延伸的齿轮齿还可被称为齿轮齿表面。齿轮的基表面可以是齿轮的安 装表面，例如，与邻近部件配合或者组装在一起或者附接至邻近部件的表面。齿轮齿表面通 常与基表面相反，例如，基表面可以是齿轮的底表面，且齿轮齿表面可以是齿轮的顶表面。 多个径向向外延伸的齿轮齿通常限定具有基本平行基表面的截锥轮廓和通常特征为螺旋、 弧齿、锥、准双曲面或类似类型齿轮的轮廓。通过重复地且逐渐地变形由粉末金属制成的大致呈环状或环形的金属坯或工件 来形成齿轮体。在成形之后，齿轮部件特征为“净形”，也就是说，包括齿轮齿的齿轮需要很 少或不需要额外处理来实现齿轮的最终形态，例如，净形形状，尺寸或轮廓。使用两个或多 个工具逐渐变形齿轮坯，所述两个或多个工具中的至少一个与该工具正在形成的净形齿轮 部件的特征基本类似。例如通过具有被构造成待被工具形成的齿轮部件特征的镜像或对等像或共轭的 特征，该工具具有“基本类似”净形齿轮部件的特征的特征。通过通常合并到具体逐渐变形 处理中使用的工具中的模锻斜度、半径或类似特征来修改工具中配置的镜像。工具，其带有 通过这些类型的特征轻微修改的镜像，例如，在渐进成形期间被修改以执行其他功能的表 面；例如，通过提供间隙或模锻斜度来帮助从模中取出工件而修改齿廓，还可以被基本类似 于净形齿轮部件的相应特征。在此提供的逐渐变形处理可包括轨道锻造、径向滚压锻造和轴向-径向滚压锻造 中的一个或多个。在逐渐变形处理期间，环形齿轮坯可进行运动，例如，旋转。在逐渐变形 处理期间，工具的运动，例如工具的旋转，可与环形齿轮坯的运动或旋转以及与另一工具的 旋转或运动同步。工具和齿轮坯的同步方法和同步顺序由在净形成形的齿轮部件上产生的 齿轮齿廓或其他特征的需要来确定。环形齿轮坯或工件由粉末金属制成。环形齿轮坯与净形环形齿轮部件的构造类 似。取决于逐渐变形的方法，齿轮坯的一些部分可比例地大于净形齿轮部件的相应部分。例 如，包括多个径向向外延伸的齿轮齿的齿轮坯部分可比例地大于净形齿轮部件的净形齿轮 齿廓。在逐渐变形期间，这些比例地加大的部分经受优选的或选择性的压紧和致密化以得 到期望的机械属性，例如，改善的表面光洁度、增加的硬度、韧性或强度、减小的粒度大小、 优选的粒度取向、更大的携载能力和更高的耐磨性。提供一种形成锥齿轮部件和准双曲面齿轮部件的方法，其中，重复地且逐渐地变形由金属粉末制成的环形齿轮坯或工件，以提供具有材料浪费最少的净形的锥齿轮或准双 曲面齿轮。环形齿轮坯和锥齿轮部件或准双曲面齿轮部件均通常包括具有表面部分的大致 环形齿轮体，所述表面部分包括多个径向向外延伸的齿轮齿，其中，齿廓的形式是锥齿轮或 准双曲面齿轮类型。通过使用一个或多个工具施加压力或者抵靠一个或多个工具施加压 力，通过逐渐变形压紧且致密化环形齿轮坯的一部分。工具中的至少一个具有基本类似由该工具正在形成的净形齿轮部件的相应特征 的特征。例如，基本类似净形齿轮部件的特征的工具特征可以被构造成待由该工具形成的 齿轮部件的相应特征的镜像、对等或共轭。在逐渐变形齿轮坯以形成净形齿轮部件之前，例如，在中性大气或部分真空中的 一个可以热处理和/或烧结粉末金属环形或环状齿轮坯。可以在逐渐变形之前将部分或整 个坯加热到预定温度。逐渐变形的方法可以是一种轨道锻造，其中，第一工具被轴向固定且相对于齿轮 坯按照轨道、弧齿、行星或直线运动中的至少一个运动，第二工具可以相对于第一工具在轴 向和旋转方向的至少一个方向上运动，以形成锥齿轮或准双曲面齿轮。通过提供被构造成 由工具形成的净形齿轮的相应特征的镜像或对等像或者共轭的特征，一个或多个工具可基 本类似净形齿轮的一部分。逐渐变形的方法可要求在齿轮成形顺序期间一个或多个工具的 运动同步。可选地，逐渐变形方法可以是一种滚压成形，其中，至少两个轴向旋转工具大体变 形环形齿轮坯的相对侧。在成形处理期间，工具的至少一个径向运动且工具的至少一个可 轴向运动。在成形顺序期间可以使工具的运动同步，这特别是在使用包括净形齿廓和齿轮 齿间隔的特征的镜像或对等像或共轭的特征的工具来精确地生产净形齿廓时。在滚压成形 之后，可以通过额外处理例如研磨、压模、滚压、抛光或热处理或其结合精加工齿轮的净形 表面，包括齿轮齿表面，例如以进一步改善净形齿轮的表面属性。与其他成形方法相比，本发明的优点包括例如，减少成形过程步骤、提高过程生 产能力、降低成形压力，贡献是节省能量，最小化材料浪费，延长设备和工具寿命，减小工 具加工成本和减少从原材料到最终产品的在制品库存。本发明的进一步优点可包括齿轮 齿特征的优化，诸如强度、密度、韧性、硬度、粒度尺寸和取向、耐磨性和噪声和振动减小。主要相对于锥齿轮和准双曲面齿轮描述本发明，可以理解，本发明同样适用于具 有其他齿形诸如直齿或弧齿的锥齿轮。结合附图从本发明的最佳实施方式的下面详细描述 中容易清楚本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点。本发明还提供如下方案方案1. 一种形成具有基表面和齿轮齿表面的净形环形齿轮部件的方法，所述齿 轮齿表面包括多个径向向外延伸的齿轮齿，所述方法包括提供由粉末金属制成的环形齿轮坯，其中，所述环形齿轮坯具有第一坯部分和第 二坯部分；其中，所述第二坯部分包括具有多个径向向外延伸的齿轮齿的表面；通过使用至少两个工具在所述环形齿轮坯上局部施加足够压力使所述环形齿轮 坯逐渐变形，其中，所述至少两个工具中的至少一个按照轨道、弧齿、行星、旋转、轴向和径 向运动中的至少一种运动相对于所述环形齿轮坯运动，以形成所述净形环形齿轮部件。
方案2.如方案1所述的方法，其特征在于，其还包括在逐渐变形所述环形齿轮坯之前对所述环形齿轮坯的至少一部分进行热处理、烧 结和预热中的至少一种。方案3.如方案1所述的方法，其中，所述至少两个工具是能够移动的；以及其中，所述至少两个工具的所述至少一个的运动与所述至少两个工具的至少另一 个的运动是同步的，以形成所述净形环形齿轮部件。方案4.如方案1所述的方法，其特征在于，其还包括提供所述环形齿轮坯，其中，在逐渐变形所述环形齿轮坯以形成所述净形环形齿 轮部件之前，所述环形齿轮坯的所述第一坯部分和所述第二坯部分中的一个比例地大于净 形尺寸。方案5.如方案1所述的方法，其特征在于，其还包括其中，所述至少两个工具的所述至少一个基本类似所述净形环形齿轮部件的所述 多个径向向外延伸的齿轮齿。方案6.如方案5所述的方法，其特征在于，其还包括其中，基本类似所述净形环形齿轮部件的所述多个径向向外延伸的齿轮齿的所述 至少两个工具的所述至少一个被部分地构造成所述净形环形齿轮部件的所述多个径向向 外延伸的齿轮齿的至少一部分的对等物、镜像和共轭中的至少一个。方案7.如方案1所述的方法，其特征在于，提供所述环形齿轮坯，其中，所述多个径向向外延伸的齿轮齿具有限定锥齿轮或 准双曲面齿轮中一个的构造。方案8.如方案1所述的方法，其特征在于，其还包括逐渐变形所述环形齿轮坯以形成所述净形环形齿轮部件，其中所述净形环形齿轮 部件包括由凹痕、刻痕、槽、压痕、洞和隙中的至少一个表征的表面特征的构造；其中，所述至少两个工具的所述至少一个基本类似所述表面特征的所述构造。方案9.如方案1所述的方法，其特征在于，其还包括通过重复地按轨道将足够压力局部地施加到所述第一坯部分和所述第二坯部分 中的所述一个，逐渐变形所述环形齿轮坯；以及其中，所述至少两个工具的第一工具被轴向固定，且所述第一工具按照轨道、弧齿 或行星运动中的至少一个运动。方案10.如方案1所述的方法，其特征在于，其还包括通过在所述至少两个工具之间滚压成形所述环形齿轮坯，逐渐变形所述环形齿轮 坯，其中，所述至少两个工具轴向旋转；其中，所述至少两个轴向旋转工具的至少一个径向运动以逐渐变形所述环形齿轮 坯。方案11.如方案10所述的方法其中，通过在至少三个工具之间滚压成形所述环形齿轮坯来执行所述逐渐变形所 述环形齿轮坯。
方案12.如方案10所述的方法，其中，所述至少两个轴向旋转工具的至少一个径向和轴向运动。方案13.如方案10所述的方法，其特征在于，其还包括将所述至少两个轴向旋转工具的至少一个的运动与所述至少两个轴向旋转工具 的至少另一个的运动同步，以逐渐变形所述多个径向向外延伸的齿轮齿。方案14.如方案1所述的方法，其特征在于，其还包括在形成所述净形环形齿轮部件之后，对所述净形环形齿轮部件的所述齿轮齿表 面、所述基表面和另一面中的至少一个进行热处理、研磨、压模、滚压、抛光和刻痕中的至少一个。方案15. —种具有多个径向向外延伸的齿轮齿的齿轮部件，所述齿轮部件由下列 过程形成提供具有外表面的大致环形坯，其中，所述坯由粉末金属制成；通过使用至少两个工具在所述外表面上局部地施加足够压力，逐渐变形所述大致 环形坯以形成所述齿轮部件；其中，所述至少两个工具的至少一个基本类似所述多个径向向外延伸的齿轮齿； 以及其中，所述至少两个工具中的至少一个按照轨道、弧齿、行星、旋转、轴向和径向运 动中的至少一种运动相对于所述大致环形坯运动，以形成所述齿轮部件。方案16. —种净形环形齿轮部件，其特征在于，其包括大致环形齿轮体，其包括通过使用至少两个工具逐渐变形所述大致环形齿轮体的 表面所构造的多个径向向外延伸的齿轮齿；其中，所述至少两个工具中的至少一个基本类似所述多个径向向外延伸的齿轮 齿；其中，所述大致环形齿轮体由粉末金属制成。方案17.如方案16所述的净形环形齿轮部件，其中，在通过逐渐变形进行所述构造之前，已经对所述大致环形齿轮体的至少一 部分进行热处理、烧结和预热中的至少一个。方案18.如方案16所述的净形环形齿轮部件，其中，所述大致环形齿轮体的所述表面通过轨道锻造、径向滚压成形和轴向-径 向滚压成形中的至少一个来构造。方案19.如方案16所述的净形环形齿轮部件，其中，所述大致环形齿轮体的所述表面的一部分在通过所述逐渐变形构造之前与 净形成形尺寸按比例地基本相同；以及其中，所述大致环形齿轮体的所述表面的另一部分在通过所述逐渐变形构造之前 按比例地大于净形成形尺寸；从而当所述大致环形齿轮体的所述表面的所述另一部分通过 所述逐渐变形构造成净形成形尺寸时，所述大致环形齿轮体的所述表面的所述另一部分的 特征在于与所述净形环形齿轮部件的其他部分相比，具有更高的密度、更大的硬度、更小 的粒度尺寸、更优的粒度取向、更高的携载能力、更大的强度、更大的韧性和更高的耐磨性 中的至少一个。
方案20.如方案16所述的净形环形齿轮部件，其中，所述多个径向向外延伸的齿轮齿具有限定锥齿轮或准双曲面齿轮中的一个 的构造。
图IA是具有基底和多个径向向外延伸的齿轮齿的大体环形的净形齿轮部件的剖 面侧视图；图IB是图IA的大体环形的净形齿轮部件的平面图；图2A和图2B是根据下面实施方式的可以被逐渐变形以提供图IA和图IB的齿轮 部件的类型和构造的环形齿轮坯的剖面侧视图；图2C是图2B的环形齿轮坯的齿廓的剖面侧视图；图3A示出通过轨道成形也被称为轨道锻造的逐渐变形。图3A是根据本发明范围 的第一实施方式的被构造成使齿轮坯逐渐变形成净形齿轮部件的轨道成形压力机和工具 的分解剖面图；图;3B示出通过轨道成形逐渐变形的另一实施方式。图:3B是根据本发明范围的第 二实施方式的轨道成形压力机和工具的分解剖面图；图4A示出通过轴向滚压成形也称为轴向滚压锻造的逐渐变形。图4A是根据本发 明范围的第三实施方式的被构造成逐渐变形净形齿轮部件的轴向滚压成形工具的分解剖 面图；图4B示出通过轴向滚压成形逐渐变形的另一实施方式。图4B是根据本发明范围 的第四实施方式的被构造成逐渐变形净形齿轮部件的轴向滚压成形工具的分解剖面图；图5A示出通过轴向-径向滚压成形也被称为轴向-径向滚压锻造的逐渐变形。 图5A是根据本发明范围的第五实施方式的被构造成逐渐变形净形齿轮部件的轴向-径向 滚压成形工具的分解剖面图；图5B示出通过轴向-径向滚压成形逐渐变形的另一实施方式。图5B是根据本发 明范围的第六实施方式的被构造成逐渐变形净形齿轮部件的轴向-径向滚压成形工具的 分解剖面图；图6A示出通过轴向-径向滚压成形也被称为轴向-径向滚压锻造逐渐变形的另 一实施方式。图6A是根据本发明范围的第七实施方式的被构造成逐渐变形净形齿轮部件 的轴向-径向滚压成形工具的分解剖面图；图6B示出通过轴向-径向滚压成形逐渐变形的另一实施方式。图6B是根据本发 明范围的第八实施方式的被构造成逐渐变形净形齿轮部件的轴向-径向滚压成形工具的 分解剖面图。
具体实施例方式参照附图，其中，若干附图中，相同的附图标记对应相同或相似的部件，在图IA和 图IB中示出，总体以10指示的净形齿轮环形部件，其在整个说明书中还可以被称为净形齿 轮部件10、环形齿轮部件10和齿轮部件10。净形齿轮部件10包括齿轮体12，其具有外表 面14、大致圆柱形的阶梯内表面16和基表面18。在优选的实施方式中，齿轮部件10被构造成在机动车变速器应用中使用，诸如后桥差速器。然而，应该理解，在不改变本发明构思 的情况下，本发明可以用在各种应用中。多个大体径向延伸的齿轮齿20从齿轮部件10的内表面16大体向外延伸到外表 面14。在整个描述中，多个径向向外延伸的齿轮齿20还可以被称为多个齿轮齿20和齿轮 齿20，其特征在于齿轮齿廓34。多个齿轮齿20相对于基表面18大体限定了截头圆锥轮廓， 其特征在于，例如准双曲面齿轮或锥形齿轮。多个齿轮齿20被充分构造成与另一齿轮部件 例如齿轮组中的小齿轮部件啮合地接合，以向其传递旋转扭矩。齿轮齿20优选的为包括在 锥形齿轮或准双曲面形齿轮中的类型，然而，本领域的技术人员将认识到，可以采用其它类 型的齿轮齿，诸如包括在弧齿锥齿轮或直齿锥齿轮中的那些类型，而落入所要求包含的范 围内。本发明的齿轮齿20的特征在于“净形”，也就是说，在齿轮部件10通过逐渐变形 (增量变形)制造之后，净形齿轮齿20需要很少额外处理或不需要额外处理，诸如滚齿、切 割、研磨或机加工，以成形或精加工齿轮齿20的轮廓34。下面将更加详细描述形成齿轮齿 20的方法。齿轮部件10的外表面14还包括大体圆柱形的外过渡表面22，其从齿轮齿20过 渡到基表面18，且根据特定应用的需要例如为提供与临近部件的间隙或啮合可以为锥形、 直线或阶梯状。大体阶梯状的内表面16可包括一个或多个肩对、26、大体圆柱内径(断面) 和 大体圆柱形的内过渡表面30，内过渡表面30从齿轮齿20过渡到肩24，或者在没有肩M的 情况下过渡到内径观。内径观和内过渡表面30可以为锥形、直线或阶梯状或者可以是根 据特定应用的需要例如为提供与配套部件或组件表面的间隙所需要的其他构造。基表面18通常可以是齿轮部件10的安装表面。参照图1A，基表面18显示为平坦 的表面，然而，例如，基表面18可以是大体平坦、半球、阶梯、锥形或构造成需要与配合表面 啮合的其他形式。使用本领域的普通技术人员熟知的手段，基表面18可被安装或附接至配 合表面或与配合表面组装在一起。基表面18可包括肩26，肩沈提供到内径28的过渡。肩24 J6可以是阶梯状、锥 形或用于处理、组装或功能所需的其他构造。肩对、26、内径28和基表面18还可包括例如 用于处理、组装或功能所需的或者促进环形齿轮坯50、56的变形过程以产生齿轮部件10的 表面特征，例如，抬起的凹痕、刻痕、槽或压痕。本发明还提供一种制造上述齿轮部件10的方法。对于将齿轮坯50、56逐渐变形 为齿轮部件10，描述了本发明的八种实施方式。第一(见图3A)和第二(见图3B)实施方 式描述了通过轨道成形也称为轨道锻造分别将齿轮坯50、56逐渐变形为齿轮部件10。第三 (见图4A)和第四(见图4B)实施方式描述了通过轴向滚压成形也称为轴向轨道锻造将齿 轮坯56逐渐变形为齿轮部件10。第五(见图5A)和第六(见图5B)实施方式描述了通过 轴向-径向滚压成形也称为轴向-径向滚压锻造将齿轮坯50逐渐变形为齿轮部件10。第 七(见图6A)和第八(见图6B)实施方式描述了通过轴向-径向滚压成形也称为轴向-径 向滚压锻造将齿轮坯56逐渐变形为齿轮部件10。图2A和图2B，其中相同的附图标记描述在不同的构造中相同的组件，分别示出了 环形齿轮坯50和56的大致构造，其可以如实施方式所描述被逐渐变形以提供净形齿轮部 件10。在整个描述中，环形齿轮坯50、56还可被称为齿轮坯50、56和坯50、56。环形齿轮坯50、56在构造上与净形环形齿轮部件10类似。齿轮坯50、56包括金属粉末，该金属粉末 最初被压紧成未加工的预成形坯，然后被压缩成图2A(50)和图2B(56)所示的构造之一，且 被烧结成实现理论密度的92%至97%的密度比。齿轮坯50、56的某些部分可按比例地大于净形齿轮部件10的相应特征。在逐渐 变形期间，这些按比例加大的部分经受优选的或选择性压紧和致密化，以实现净形，从而导 致理论密度的99%至100%的局部化密度比。此外，使这些部分致密化导致机械属性的局 部化改善，例如，改善的表面光洁度，增加的硬度、韧性和强度，减小的粒度尺寸和优选的粒 度取向，较高的携载能力和较高的耐磨性。参照图2A，在体积上，齿轮坯50大于净形齿轮部件10约2%至3%。齿轮坯50还 构造成以便齿轮坯50的过渡表面部分52和基表面部分58分别按比例地大于净形齿轮10 的过渡表面22和基表面18。在图2A中通过虚线指示净形表面18和22，以示出在逐渐变 形以分别产生净形齿轮部件10的净形表面18和22之前齿轮坯50的坯表面部分58和52 的相对比例。因此，在从齿轮坯50形成净形齿轮部件10时，净形齿轮部件10的特征在于 在过渡表面22和基表面18处局部化密度比增加了 3%至8%达到99%至100%，导致表面 18和22的机械属性的局部改善。表面18和22的表面硬度、强度、耐磨性或表面光洁度的 局部改善会是有益的例如，当表面18和22在应用中用作安装表面或者与配合部件啮合 时产生提高的强度、耐久性、噪声管理和减振的好处。表面处粒度尺寸的局部减小会是有益 的例如，产生提高的韧性。表面的逐渐变形可产生优选的粒度取向，其中，“优选的”粒度 取向是产生提高的承载能力、抗磨损或表面裂纹或改善表面光洁度的取向。参照图2A，示出基表面58为大致平坦的表面，与图IA所示的基表面18的大致平 坦的构造相对应。可以理解，可将齿轮坯50的基部分58构造成例如大致平坦、半球形、阶 梯状、锥形，或者按比例地大于净形齿轮部件10的基表面18的相应构造的其他形状。齿轮坯50的剩余部分，例如，齿轮坯50的齿轮齿表面和内径表面在逐渐变形之前 被设置为接近净形形状和尺寸。在此使用的“接近净形”部分大体是指具有接近齿轮部件 10的净形的尺寸、轮廓或形状的齿轮坯的部分，从而由于齿轮坯的接近净形部分的逐渐变 形，表面压紧导致局部密度比增加0%至2%且体积略微改变。类似地，参照图2B和图2C，齿轮坯56体积上大于净形齿轮部件10大约2 %至3 %。 齿轮坯56还被如此构造以便齿轮坯56的齿轮齿廓部分M按比例地大于净形齿轮部件10 的齿轮齿廓；34。在图2B和图2C中通过虚线指示净形齿轮齿廓34，以示出在逐渐变形以产 生净形齿轮部件10的净形齿轮齿廓34之前齿轮坯56的齿轮齿廓部分M的相对比例。因 此，在从齿轮坯56形成净形齿轮部件10时，净形齿轮部件10的特征在于，在齿轮齿廓34 的局部密度比增加了 3 %至8 %达到99 %至100 %，导致齿轮齿廓34的机械属性局部改善。 齿轮齿廓；34的面硬度、耐磨性或面光洁度的局部改善可以是有益的例如，在应用中产生 提高的齿轮齿形的尺寸精度和稳定性、提高的齿与齿的啮合、强度、持续性、噪声管理和减 振的好处。表面上晶粒尺寸的局部减小可以是有益的例如，产生提高的韧性。表面的逐渐 变形可产生优选的晶粒取向，其中，“优选的”晶粒取向是产生提高的负载承载能力、抗磨损 或表面裂纹，或改善表面光洁度，特别是在当齿轮部件10与另一齿轮部件啮合时经历加载 的区域如齿廓34的侧面。齿轮坯56的剩余部分，例如，齿轮坯56的基表面和内径面在逐渐变形之前被设置为接近净形形状和尺寸。在此使用的“接近净形”部分大致指齿轮坯的一部分，其被设置成 齿轮部件10的净形或接近齿轮部件10的净形，从而随着齿轮坯的接近净形部分的逐渐变 形，表面压紧导致局部密度比增加0%至2%且体积略微改变。如任何一种实施方式所述，在逐渐变形为齿轮部件10之前，齿轮坯50、56可以被 预热或热处理。预热或热处理可发生在渗碳、碳氮共渗、渗氮和中性大气中，其中，全部或部 分齿轮坯50、56可能经受预热或热处理以产生齿轮坯50、56中的属性，这对于变形处理的 有效性或对于齿轮部件10或齿轮齿20的最终物理特性来说是有益的。这些优点可包括 例如，预热齿轮坯50、56以减小逐渐变形齿轮坯50、56的各个部分所需的工具压力；渗碳、 碳氮共渗或渗氮特定表面区域以抵消成形处理期间的脱碳或为随后的热处理操作诸如例 如齿轮齿20或基表面18的感应淬火准备部分齿轮部件10。图3A至图6B，其中，相同的附图标记用于描述在不同实施方式中的相同部件，示 出用于将齿轮坯50、56 (见图2A和图2B)逐渐变形为齿轮部件10 (见图IA和图1B)的八 种实施方式。在图3A至图6B中，示出了在完成成形方法之后例如处于其净形形状或最终 状态的净形环形齿轮部件10。在每种实施方式中，逐渐变形的方法使用至少两个工具，其中，所述工具的至少一 个相对于另一工具运动以形成净形齿轮部件10。此外，在每种实施方式中，两个或多个工具 的至少一个基本类似由该工具正在形成的净形齿轮部件10的相应特征。例如，通过在工具 中包括被构造成待由该工具形成的齿轮部件的相应特征的镜像、对等物或共轭的特征使得 工具“基本类似”净形齿轮部件10的相应特征。例如，通过包括被构造成待由该工具形成的齿轮部件10的特征的镜像的特征，也 就是说，通过提供在轮廓和形状方面基本符合净形齿轮部件10的相应特征的轮廓或表面 使得工具基本类似净形齿轮部件10的特征。与净形齿轮部件10的相应特征相比，工具的镜 像特征可以参照居间轴线或平面的逆排列或构造。例如，通过在工具中提供与部件中的凹 痕镜对称相应的凸起，使得工具是该部件的镜像，从而作为成形处理的结果，工具的凸起形 成或产生该部件中的相应凹痕。镜像还可以被描述为对等物或对等像，也就是说，工具的基 本类似净形齿轮部件10的特征的特征提供了与净形齿轮部件10的相应特征对等的表面， 其原因是，工具表面和齿轮部件10的相应特征具有相互适合、完整或补充的空间排列。通过通常合并到特定逐渐变形处理中使用的工具中的模锻斜度、半径或类似特征 可修改工具的镜像或对等像。带有通过这些类型的特征轻微修改的镜像或对等像(例如， 通过添加模锻斜度以辅助从模取出工件来最小限度地修改的镜像或对等像表面)的工具 也可以被定义为基本类似净形齿轮部件的特征。通过包括被构造成待由该工具形成的齿轮部件10的相应特征的共轭的特征，工 具也可以基本类似净形齿轮部件10的相应特征。例如，工具可以提供与净形齿轮齿廓34 共轭的工具齿形或轮廓，其中，通过工具和齿轮坯的互动或滚压运动产生净形齿轮齿廓34 的共轭部分。随着工具抵靠齿轮齿坯的共轭部分或者与齿轮齿坯的共轭部分一起一致地滚 压，工具齿形的共轭部分将产生齿轮齿廓的共轭部分。与待被形成且由间隙公差或辅助成 形过程的其他特征轻微修改的净形齿轮部件的特征共轭的工具也将被定义为基本类似净 形齿轮的特征。另外，通过将工具构造成包括作为特定相应特征的镜像或对等像的特定工具特征以及构造成包括与净形齿轮部件10的其他相应特征共轭的其他工具特征，工具可基本类 似净形齿轮部件10的相应特征。现参照图2B和图2C，逐渐变形齿轮齿廓部分54以产生净 形齿轮齿廓34的工具例如可以在工具的某些区域被构造成是净形齿廓34的某些特征的镜 像或对等像，而在工具的其他区域被构造成齿廓34的其他特征的共轭。例如，逐渐变形齿 坯轮廓54的尖端或冠的工具的区域可以通过提供齿廓34的尖端或冠的镜像或对等物来基 本类似齿廓34的尖端或冠。相同齿成形工具可在另一区域被构造 成齿侧面区域的共轭，使 得当由于逐渐变形而形成的齿轮齿廓34的侧面与齿工具侧面之间接触的法线与共轭形式 或轮廓的节点相对应时，齿成形工具的侧面区域在齿坯轮廓54上一致地滚压。通过提供稍 微大于净形齿廓34的根轮廓的对等像，相同齿成形工具可在又一区域中被构造成齿廓34 的根的镜像或对等像，其中，稍微大的轮廓有助于将齿坯轮廓54的根逐渐变形为齿轮齿廓 34的净形根的过程。提供稍微大于净形形成根轮廓的根区域的对等像的工具在“基本类似” 待被形成或产生的净形齿轮的特征的定义内。齿尖端(也被称为齿冠)、齿侧面、齿根和齿廓的节点没有在附图中示出，然而，齿 轮齿成形领域的普通技术人员通常理解在此使用的这些术语。第一和第二实施方式_轨道成形在逐渐变形的第一实施方式中，参照图3A，示出通过轨道锻造(orbital forging) 也称为轨道成形所形成的齿轮部件10。通过重复地按照轨道将足够压力局部地施加到坯 50的基部58和过渡部分52 (在图2A中示出)来逐渐变形齿轮坯50 (未示出，见图2A)形 成齿轮部件10。通过朝着第二工具102或工具组件110(其中，以下“工具102”指工具102 或工具组件110)轴向地116前进的第一工具100或工具组件106(其中，以下“工具100” 指工具100或工具组件106)施加使齿轮坯50变形的压力。第一工具100轴向地112固定， 且按照轨道、弧齿、行星或直线运动114中的至少一种运动以重复地在齿轮坯50上施加压 力，使得坯50抵靠第一工具100的轮廓变形且进入第二工具102的腔或轮廓。随着第一工 具100朝着第二工具102轴向地116前进，逐渐增加的压力使得齿轮坯50进一步变形以产 生净形齿轮部件10。工具100被构造成基本类似净形齿轮10的基表面18和过渡表面22的对等物或 镜像。第一工具100的运动可以与朝着第二工具102和齿轮坯50的轴向前进同步，以在坯 50被压入第二工具102的腔和轮廓内且抵靠第一工具100的轮廓时优化齿轮坯50的变形， 且通过工具100优化坯50的表面52和58(见图2A)处的金属紧致。如图3A所示，第一工具100压紧坯50的表面52和58以产生齿轮部件10的净形 基表面18和外过渡表面22。在压紧和成形之后，表面18和22的特征在于如上所述的增加 的密度比和改善的机械属性。工具100还可形成肩26 (图IA所示)。工具100逐渐将压力局部地施加到齿轮坯 50，使得坯50抵靠工具102和工具104变形。通过包括镜和共轭特征的组合，工具102被 构造成基本类似多个径向向外延伸的齿轮齿20和内过渡表面30，如图3A中108所总体指 示的。可以被称为芯杆或芯杆组件，或者穿孔或穿孔组件的芯工具104被构造成包括内 径28的镜像，并且可被构造成包括肩24以及所有或部分内过渡表面30的镜像。可选地， 工具102可以被构造成包括肩24和内过渡表面的镜像。
肩24和/或内径28可被形成为包括表面特征，诸如凹痕、刻痕、槽或压痕。凹痕、 刻痕、槽、压痕或类似表面特征例如对于完成的齿轮部件10的功能或组装来说可能需要， 影响变形过程的运动，或者利于齿轮部件10从工具102的脱模处理。可以通过肩24和/ 或内径28抵靠工具104变形产生这些表面特征，其中，工具104的一部分被构造成基本类 似齿轮部件10的净形表面特征。例如，工具104的表面118、120可提供在净形齿轮10中 待被形成的对应表面特征的对等物或镜像。 另外，齿轮坯50可设置有与肩24和/或内径28相应的按比例加大的部分，从而 在表面特征形成期间这部分的压紧导致局部致密化。为了说明目的，如果表面特征是例如 刻痕，则当例如通过压配合与配合组件组装而设置刻痕表面时，表面硬度和密度的局部增 加对于改善刻痕表面的强度和携载特征是有益的。再参照图3A，可以通过在箭头122的方向上轴向提升芯118且在箭头124的方向 上旋转芯118以利用可以补充齿轮齿20的轮廓34的扭转运动将齿轮部件10从工具102脱 模，使得在成形之后齿轮部件10从工具102脱模。还可以通过使工具104的表面118、120 与可形成在净形齿轮部件10的内径28或肩24上的表面特征例如凹痕或刻痕啮合进一步 利于这种脱模方法。在逐渐变形的第二实施方式中，现参照图3B，示出通过轨道锻造也称为轨道成形 形成的齿轮部件10。通过重复地按照轨道将足够压力局部地施加到坯56的齿轮齿廓部分 54(在图2B和图2C中示出)来逐渐变形齿轮坯56(见图2B和图2C)产生齿轮部件10。通 过朝着第二工具202或工具组件210 (其中，以下“工具202”指工具202或工具组件210) 轴向216前进的第一工具200或工具组件206 (其中，以下“工具200”指工具200或工具组 件206)施加使齿轮坯56变形的压力。第一工具200轴向固定，且工具200的轴线212按 照轨道、弧齿、行星或直线运动214中的至少一种运动；以重复地在齿轮坯56上施加压力， 使得坯56抵靠第一工具200的轮廓变形且进入第二工具202的腔或轮廓。在第一工具200 朝着第二工具202轴向216前进时，逐渐增加的压力使坯56将待被压紧的齿轮坯齿廓部分 54变形，以产生净形齿轮齿廓34和净形齿轮部件10。第一工具200的运动可与朝着第二工具202和齿轮坯56的轴向前进同步，以在坯 56被压抵第二工具202的构造且进入第一工具200的构造时优化齿轮坯56的变形，并且以 优化齿轮齿廓部分54的抵靠工具200的轮廓的流动和压紧，其中，通过提供被构造成净形 齿轮齿廓34的特定特征的共轭的特定特征(例如，限定齿节点的侧面)，且通过提供被构造 成齿轮齿廓34的其他特征的对等物或镜像的其他特征(例如，限定净形齿轮齿尖端和根的 特征)，工具200被构造成基本类似净形的多个径向向外延伸的齿轮齿20。如图3B所示，工具200逐渐将压力局部地施加到齿轮坯56，使得包括齿轮齿廓部 分54的抵靠腔208待被变形的坯56将齿轮齿廓部分54压紧成净形齿轮齿廓34，并且还使 得坯56抵靠工具特征220变形以压紧齿轮部件10的内过渡表面30和肩24。工具202被 构造成包括基表面18和外过渡表面22的镜像。可以被称为芯杆或芯杆组件或者穿孔或穿 孔组件的芯工具204被构造成包括净形内径28的镜像，并且还可以在内径28与基表面18 之间的过渡处形成肩26(图IA所示)。肩26和/或内径28还可以被形成为包括表面特 征，诸如凹痕、刻痕、槽或压痕。可以通过抵靠工具表面218变形齿轮坯56的肩26和/或 内径28的表面来形成这些表面特征，其中，工具204的一部分被构造成基本类似该表面特征。例如，工具204的表面218可提供净形齿轮10中正被形成的表面特征的镜像。另外， 齿轮坯56可设置有与肩26和/或内径28相应的按比例加大的部分，从而在表面特征形成 期间这部分的压紧导致局部致密化，如上述对于第一实施方式所讨论的。 再参照图3B，通过轴向提升且旋转工具204以将齿轮部件10从工具202脱模，可 以实现如第一实施方式(见图3A)所述的在成形之后使齿轮部件10从第二工具202的脱 模。可以通过肩26 (图IA所示)或在内径28的表面上或在肩26上所形成的表面特征(如 上所述)来促进这种方法的脱模。可选地，使用与本领域技术人员熟悉的脱模方法和构造， 脱模针222的构造(也已知为顶出针)可以用于辅助齿轮部件10从工具202中离开。第三和第四实施方式_径向滚压成形在逐渐变形的第三实施方式中，现参照图4A，示出了通过径向滚压成形也称为径 向滚压锻造所形成的齿轮部件10。在成形之前齿轮坯56 (未示出，见图2B和2C)位于压板 工具304上，并且可通过本领域普通技术人员熟悉的方法或装置固定到压板工具304或定 位在压板工具304上。这种方法可包括制造图IA所示的表面特征32，在制造齿轮坯56期 间该表面特征32可被构造成例如在齿轮坯56上的凹痕、槽、隙或洞，其中，表面特征32位 于坯56的表面的基表面18的突出(增量)处以与压板工具304中的洞或隙310的位置一 致。洞或隙310可包含针、钉、螺栓或其他类似工具零件(未示出)，其中，当这些零件插入 或固定到齿轮坯56的表面特征32时，这些零件用以在齿轮坯56被逐渐变形成齿轮部件10 时将齿轮坯56保持到压板工具304。可选地，压板工具304可包含针、钉、螺栓或其他类似 工具零件，当坯56抵靠压板工具304变形时，这些零件在齿轮坯56变形成齿轮部件10时 在齿轮坯56中产生期望的表面特征32。如此形成的表面特征32用以在齿轮坯56随后被 逐渐变形成齿轮部件10时使齿轮坯56保持到压板工具304。如图4A所示，通过外滚压工具300逐渐变形齿轮部件10。外滚压工具300包括 模铣部分314，并且在相对于内滚压工具302沿箭头312的方向径向运动的同时将足够压 力局部施加到齿轮坯56 (未示出，见图2B和2C)的过渡表面22和齿轮齿廓部分54上，以 形成齿轮部件10。齿轮坯56可设置有相应于过渡表面22的按比例加大的部分，其与图2A 所示的表面部分52类似，以通过外滚压工具300促进齿轮坯56的压紧和局部致密化。通过提供具有与净形齿轮齿20和过渡表面22的相应特征的对等或共轭的特征的 轮廓，还可被本领域技术人员称为OD滚、主要滚或主滚(辊)的外滚压工具300被构造成 基本类似多个径向向外延伸的齿轮齿20和过渡表面22。在外滚压工具300沿箭头312的 方向上径向前进时，外滚压工具300轴向316旋转，与模铣部分314 —起局部施加压力以逐 渐变形齿轮坯56，包括压紧齿轮齿廓部分54以产生净形齿轮齿廓34，其特征是在成形之后 密度比增加且机械属性局部改善。在图4A中，内滚压工具302在轴线322上轴向旋转，其可以被径向固定或被构造 成径向向外前进，在任一情况下，内滚压工具302保持这样的位置内滚压工具302的外表 面318仍然紧密接触压板工具304的内径326。外表面318被构造成基本类似净形内径28、 肩24和内过渡表面30的相应特征。在外滚压工具300沿箭头312的方向朝着内滚压工具 302径向前进时，齿轮坯56抵靠内滚压工具302的外表面318变形以产生齿轮部件10的 净形内径28、肩24和内过渡表面30。本领域技术人员还已知内滚压工具302为ID滚或托 滚ο
在图4A中，齿轮坯56和压板工具304相对于内滚压工具302和外滚压工具300 的旋转而旋转，从而齿轮坯56逐渐地在周向上变形为齿轮部件10。内滚压工具302和外滚 压工具300 (包括模铣部分314)中的每一个或者两者的旋转运动和径向运动以及压板工具 304和齿轮坯56的旋转运动在需要时可被同步，以形成多个径向向外延伸的齿轮齿20和净 形齿轮齿廓34。
通过抵靠内滚压工具302的表面318变形齿轮坯56的肩24和内径28的表面，肩 24和内径28还可被形成为包括表面特征，诸如凹痕、刻痕、槽或压痕，其中，工具302的一部 分被构造成基本类似净形齿轮部件10的表面特征。例如，工具302的表面318可提供净形 齿轮10中形成的相应表面特征的对等物或镜像。另外，齿轮坯56可设置有与肩24和内径 28相应的按比例加大的部分，从而如上所述的在表面特征形成期间这部分的压紧导致局部 致密化。如本领域的技术人员所理解的，图4A中的内滚压工具302、外滚压工具300和/或 压板工具304可包括与净形齿轮部件10的特征相应的额外或替代特征基本类似的额外或 替代构造。例如，可以通过将内滚压工具302或压板工具304构造成基本类似肩26来形成 肩26(图IA所示)，从而随着齿轮坯56的逐渐变形，可以在齿轮部件10中形成肩26。本 领域的技术人员还可以理解，与齿轮坯56啮合的压板304的表面被构造成基本类似基表面 18。如图4A所示，示出的压板304具有与基表面18的构造(其在图4A中也是大致平坦 的)啮合且对等的大致平坦的面。因此，可以理解，当基表面18以其他形式被构造成例如 具有锥形轮廓时，压板304的相应表面将被对等地构造成例如具有映射基表面18的锥形轮 廓的锥形轮廓。在逐渐变形的第四实施方式中，现参照图4B，示出了通过径向滚压成形也称为径 向滚压锻造形成的齿轮部件10。在成形之前，齿轮坯56(见图2B和2C)位于压板工具304 上，或者可按照如第三实施方式描述的且在图4A中所示的相同方式固定到压板工具304或 定位于压板工具304上。如图4B所示，可以按照如第三实施方式描述的且在图4A中所示 的相同方式通过外滚压工具300逐渐变形齿轮坯56以产生齿轮部件10。参照图4B，通过提供例如净形齿轮部件10的净形内径28、肩24和过渡表面30的 镜像，内滚压工具306提供被构造成基本类似相应内表面16特征的外表面320。外表面320 还被构造成与压板工具304的内径326共轴，并且内滚压工具306在与压板工具304的轴线 324重合的轴线332上轴向旋转。因此，内滚压工具306保持这样的位置内滚压工具306 的外表面320紧密接触压板工具304的内径326，从而在外滚压工具300沿箭头312的方向 朝着内滚压工具306径向前进时，齿轮坯56抵靠内滚压工具306的外表面320变形以产生 净形齿轮部件10的净形内径28、肩24和内过渡表面30。内滚压工具306还可被构造成沿 箭头328的轴向方向前进，从而施加充足的压力以抵靠压板工具304和内滚压工具306的 外表面320逐渐变形齿轮坯56。本领域的技术人员还已知内滚压工具306为ID滚、托滚或 心轴。在图4B中，齿轮坯56和压板工具304相对于内滚压工具306和外滚压工具300 的旋转而旋转，从而齿轮坯56逐渐周向地变形以产生净形齿轮部件10。内滚压工具306 和外滚压工具300中的每一个或者两者的旋转运动和径向运动以及压板工具304和齿轮坯 56的旋转运动根据需要可被同步，以产生齿轮齿廓34和形成净形的多个径向向外延伸的齿轮齿20。
通过抵靠基本类似表面特征的内滚压工具306的表面320变形齿轮坯56的肩24 和/或内径28的表面，肩24和/或内径28也可被形成为包括如上第一实施方式所述的表 面特征，诸如凹痕、刻痕、槽或压痕。凹痕、刻痕、槽、压痕或类似的表面特征对于完成的齿轮 部件10的功能或组装可能需要，影响变形处理的运动或者促进变形处理期间齿轮坯56和 压板工具304的旋转。如本领域的技术人员所理解的，图4A和图4B中的内滚压工具306、外滚压工具 300和/或压板工具304可包括与净形齿轮部件10中希望的额外或替代特征基本类似的额 外或替代构造。例如，可通过将内滚压工具306或压板工具304构造成基本类似肩26来形 成肩26 (图IA所示)，从而随着齿轮坯56的逐渐变形，可以在齿轮部件10中形成净形肩 26。如第三实施方式所述，压板304可被构造成基表面18的相应特征的对等物。mum+總聽臉m舶瓶舰在逐渐变形的第五实施方式中，现参照图5A和图5B，通过轴向-径向滚压成形也 被称为轴向-径向滚压锻造逐渐变形齿轮部件10。在成形之前，齿轮坯50 (见图2A)位于 压板工具404上。压板工具404包括腔408，腔被构造成基本类似净形齿轮部件10的相应 特征，包括净形的多个径向向外延伸的齿轮齿20和内过渡表面30，从而在局部压力轴向和 径向施加在齿轮坯50上时，坯50被压紧到腔408内以产生齿轮部件10的具有齿轮齿廓34 的净形的多个径向向外延伸的齿轮齿20和内过渡表面30。如图5A所述，在轴向416旋转产生净形齿轮部件10时，通过相对于内滚压工具 402沿箭头412的方向径向运动且相对于压板工具404沿箭头430的方向轴向运动，通过将 足够压力局部施加到齿轮坯50 (见图2A)的过渡表面部分52和基表面部分58上的外滚压 工具400逐渐变形齿轮部件10。还可以被本领域的技术人员称为OD滚、主要滚或主滚的外 滚压工具400具有轮廓414，通过提供齿轮部件10的净形基表面18和外过渡表面22的镜 像使得轮廓414被构造成基本类似净形齿轮部件10的相应特征。随着外滚400逐渐变形 坯表面部分52和58，这些表面部分被压紧，以在净形表面18和22的局部中提供增加的密 度比，且产生局部提高的机械属性，如上所述。在图5A中，内滚压工具402在轴线422上轴向旋转，其可被径向固定或被构造成 径向向外前进，在任意一种情况下，使得内滚压工具402保持这样的位置内滚压工具402 的外表面418紧密接触压板工具404的内径426，因此在外滚压工具400沿箭头412的方向 朝着内滚压工具402径向前进时，齿轮坯50抵靠内滚压工具402的外表面418变形从而产 生净形内径28和肩24。本领域的技术人员还可以将内滚压工具402称为ID滚或托滚。再参照图5A，齿轮坯50和压板工具404相对于内滚压工具402和外滚压工具400 的旋转而旋转，使得齿轮坯50逐渐周向地变形进入压板工具404的腔408内，以产生净形 齿轮齿20和齿轮部件10。内滚压工具402和外滚压工具400中的每一个或者两者的旋转、 轴向和径向运动以及压板工具404和齿轮坯50的旋转运动根据需要可被同步，以在压板工 具404的腔408中形成多个净形的径向向外延伸的齿轮齿20。通过抵靠内滚压工具402、 406的基本类似期望的表面特征的表面418、420变形肩24和/或内径28的表面，肩24和 /或内径28还可被形成为包括表面特征，诸如凹痕、刻痕、槽或压痕。凹痕、刻痕、槽、压痕或 相似的表面特征例如对于完成的齿轮部件10的功能或组装可能需要，影响变形处理的运动或者促进变形处理期间齿轮坯50和压板工具404的旋转。尽管没有示出，但是本领域的技术人员将理解，图5A中的内滚压工具402、外滚压 工具400和/或压板工具404可包括与齿轮部件10中希望的额外或可选特征基本类似的 额外或可选构造。例如，可以通过将内滚压工具402或外滚压工具400构造成基本类似肩 26来形成肩26 (图IA所示)，使得随着齿轮坯50的逐渐变形，可以在齿轮部件10中形成 眉26。再参照图5A，可以通过在箭头428的方向轴向提升内滚压工具402且旋转内滚压 工具402以利用补充齿轮齿20的表面轮廓34的扭转运动将齿轮部件10从压板工具404 的腔408脱模，使得在成形之后齿轮部件10从压板工具404的腔408脱模，最小化齿轮齿 20的扭曲。还可以通过工具402的表面418与可形成在齿轮部件10的内径28或肩24上 的表面特征例如凹痕或刻痕啮合，进一步促进在齿轮部件10被抬起而离开压板工具404的 腔408时通过扭转齿轮部件10的这种脱模方法。在逐渐变形的第六实施方式中，现参照图5B，通过轴向-径向滚压成形逐渐变形 齿轮部件10。按照与第五实施方式描述的相同的方式，在成形之前，将齿轮坯50(见图2A) 定位于压板工具404上。如图5B所示，按照与第五实施方式描述的相同的方式，通过外滚 压工具400逐渐变形齿轮坯50，以产生齿轮部件10，其中，净形过渡表面22和基表面18的 特征在于密度比增加和机械属性局部改善。参照图5B，通过提供齿轮部件10的净形内径28和肩24的镜像，内滚压工具406 提供外表面420带有基本类似齿轮部件10的相应特征的特征。如图5B所示，内滚压工具 406在与压板工具404的轴线424重合的轴线432上轴向旋转，使得内滚压工具406保持这 样的位置内滚压工具406的外表面420紧密接触压板工具404的内径426。随着外滚压 工具400朝着内滚压工具406沿着箭头412的方向径向且沿着箭头430的方向轴向前进， 齿轮坯50抵靠内滚压工具406的外表面420变形，以产生齿轮部件10的内径28和肩24。 本领域的技术人员还可以将内滚压工具406称为ID滚、托滚或心轴。在图5B中，齿轮坯50和压板工具404相对于内滚压工具406和外滚压工具400 的旋转而旋转，使得包括表面区域54的齿轮坯50逐渐周向地变形进入压板工具404的腔 408以形成净形齿轮齿20和齿轮部件10。内滚压工具406和外滚压工具400中的每一个 或者两者的旋转、轴向和径向运动以及压板工具404和齿轮坯50的旋转运动根据需要可被 同步，以在压板工具404的腔408中形成多个净形径向向外延伸的齿轮齿20。通过抵靠基 本类似期望的表面特征的内滚压工具406的表面420变形肩24和/或内径28的表面，肩 24和/或内径28还可被形成为包括表面特征，诸如凹痕、刻痕、槽或压痕。例如对于完成的 齿轮部件10的功能或组装来说，可能需要凹痕、刻痕、槽、压痕或类似的表面特征，影响变 形处理的运动或者促进变形处理期间齿轮坯50和压板工具404的旋转。尽管没有示出，但是本领域的技术人员将理解，图5B中的内滚压工具406、外滚压 工具400和/或压板工具404可包括与齿轮部件10的额外或可选特征基本类似的额外或 可选构造。例如，可以通过将内滚压工具406或外滚压工具400构造成基本类似肩26的镜 像来形成肩26 (图IA所示)，使得随着齿轮坯56的逐渐变形，可以在齿轮部件10中形成肩 26。 再参照图5B，可以通过在箭头428的方向轴向提升内滚压工具406且旋转内滚压工具406以通过补充齿轮齿20的表面轮廓34的扭转运动将齿轮部件10从压板工具404 的腔408脱模，使得在成形之后齿轮部件10从压板工具404的腔408脱模，最小化 形齿 轮齿20的扭曲。还可以通过可形成在齿轮部件10的内径28或肩24上的表面特征例如凹 痕或刻痕与工具406的表面420的啮合，促进在齿轮部件10被抬起而离开压板工具404的 腔408时通过扭转齿轮部件10实现的这种脱模方法。在逐渐变形的第七实施方式中，现参照图6A，通过轴向-径向滚压成形逐渐变形 齿轮部件10。在成形之前，齿轮坯56 (见图2B和图2C)定位于压板工具504上，并且可按 照如前所述的第三实施方式描述的方式固定到压板工具504或定位于压板工具504上，其 中，洞或隙510可包含针、钉、螺栓或其他类似工具零件(未示出)。如图6A所示，在相对于 内滚压工具502沿箭头512的方向径向运动且相对于压板工具504和齿轮坯56的轴线沿 箭头530的方向轴向运动时，通过将足够压力局部施加到齿轮坯56(见图2B和图2C)的表 面52上的外滚压工具500形成齿轮部件，以形成齿轮部件10。通过提供包括与净形齿轮齿廓34和过渡表面30的相应特征的对等或共轭的特 征的轮廓，外滚压工具500，其还可被本领域的技术人员称为OD滚、主要滚或主滚，具有被 构造成基本类似多个径向向外延伸的齿轮齿20和过渡表面30的轮廓514。在外滚压工具 500沿箭头512的方向径向前进且沿箭头530的方向轴向前进时外滚压工具500轴向516 旋转，施加压力以逐渐变形齿轮坯56，包括压紧齿轮齿廓部分54以产生齿轮部件10的净形 齿轮齿廓34和内过渡表面30。在变形之后，净形齿轮齿廓34和多个齿轮齿20的特征在于 密度比增加且机械属性局部改善，如上所述。参照图6A，压板工具504的表面508被构造成基本类似基表面18和外过渡表面 22。随着外滚压工具500沿箭头512的方向轴向前进，外滚压工具500逐渐将压力施加到 齿轮坯56上以抵靠压板工具504的表面508使其变形，从而产生齿轮部件10的净形基表 面18和外过渡表面22。在图6A中，内滚压工具502在轴线522上轴向旋转，其可被径向固定或被构造成 径向向外前进。在任一情况下，内滚压工具502均保持这样的位置内滚压工具502的外表 面518紧密接触压板工具504的内径526。外表面518被构造成基本类似净形内径28和 肩24的相应特征。随着外滚压工具500相对于内滚压工具502沿箭头512的方向径向前 进和/或沿箭头530的方向轴向前进，齿轮坯56抵靠内滚压工具502的外表面518变形以 产生净形内径28和肩24。本领域的技术人员还可以将内滚压工具502称为ID滚或托滚。 内滚压工具502还可沿箭头528的方向轴向运动以将压力逐渐施加到齿轮坯56上，以使坯 56抵靠压板工具504的表面508而变形，并促进形成净形齿轮部件10的基表面18、外过渡 表面22和肩24。在图6A中，齿轮坯56和压板工具504相对于内滚压工具502和外滚压工具500 的旋转而旋转，使得齿轮坯56逐渐周向地变形以产生齿轮部件10。内滚压工具502和外滚 压工具500的旋转、轴向和径向运动以及压板工具504和齿轮坯56的旋转运动在需要时可 被同步，以产生多个径向向外延伸的齿轮齿20。通过抵靠基本类似期望的表面特征的内滚 压工具502的表面518变形肩24和/或内径28的表面，肩24和/或内径28也可被形成 为包括表面特征，诸如凹痕、刻痕、槽或压痕。凹痕、刻痕、槽、压痕或类似的表面特征对于完 成的齿轮部件10的功能或组装来说可能需要，影响变形处理的运动或者促进变形处理期间齿轮坯56和压板工具504的旋转。尽管没有示出，但是本领域的技术人员将理解，图6A中的内滚压工具502、外滚压 工具500和/或压板工具504可包括与齿轮部件10中期望的额外或可选特征基本类似的 额外或可选构造。例如，可通过将内滚压工具502或压板工具504构造成类似肩26来形成 肩26(图IA所示)，从而随着齿轮坯56的逐渐变形，可以在齿轮部件10中形成肩26。与 第三实施方式中对压板304进行的描述类似，压板504的表面508可以被构造为基表面18 和外过渡表面22的相应特征的对等物。在逐渐变形的第八实施方式中，现参照图6B，示出了通过轴向-径向滚压成形而 形成的齿轮部件10。在成形之前，齿轮坯56 (见图2B和图2C)定位于压板工具504上，并 且可按照如前所述的第三实施方式描述的方式固定到压板工具504或定位在压板工具504 上。如第七实施方式所述构造压板工具504。如图6B所示，齿轮坯56由按照与第七实施方 式中对于外滚压工具500所述方式类似的方式的外滚压工具500逐渐变形，以产生齿轮部 件10。在逐渐变形期间，压紧齿轮齿廓部分54，以提供净形齿轮齿廓34和多个齿轮齿20， 使得局部密度比增加和局部机械属性改善。内滚压工具506提供外表面520，该外表面520被构造成基本类似内表面16的相 应特征，包括例如齿轮部件10的净形内径28和肩24。外表面520还被构造成与压板工具 504的内径526共轴。如图6B所示，内滚压工具506在与压板工具504的轴线524重合的 轴线532上轴向旋转，从而内滚压工具506保持这样的位置内滚压工具506的外表面520 紧密接触压板工具504的内径526。随着外滚压工具500相对于内滚压工具506沿箭头512 的方向径向前进且沿箭头530的方向轴向前进，齿轮坯56抵靠内滚压工具506的外表面 520变形从而产生齿轮部件10的净形内径28和肩24。内滚压工具506也可被构造成沿轴 向方向528前进，从而施加压力以促进齿轮坯56抵靠压板工具504的表面508和内滚压工 具506的外表面520的逐渐变形。本领域的技术人员还可以将内滚压工具506称为ID滚、 托滚或心轴。在图6B中，齿轮坯56和压板工具504相对于内滚压工具506和外滚压工具500 的旋转而旋转，从而齿轮坯56逐渐周向地变形以产生齿轮部件10。内滚压工具506和外滚 压工具500的旋转、轴向和径向运动以及压板工具504和齿轮坯56的旋转运动在需要时可 被同步，以产生多个径向向外延伸的齿轮齿20。通过抵靠基本类似期望的表面特征的内滚 压工具506的表面520使肩24和/或内径28的表面变形，肩24和/或内径28也可被形 成为包括表面特征，诸如凹痕、刻痕、槽或压痕。凹痕、刻痕、槽、压痕或类似的表面特征对于 完成的齿轮部件10的功能或组装来说可能需要，影响变形处理的运动或者促进变形处理 期间齿轮坯56和压板工具504的旋转。尽管没有示出，但是本领域的技术人员将理解，图6B中的内滚压工具506、外滚压 工具500和/或压板工具504可包括与齿轮部件10中期望的额外或可选特征基本类似的 额外或可选构造。例如，可通过将内滚压工具506或压板工具504构造成类似肩26来形成 肩26(图IA所示)，从而随着齿轮坯56的逐渐变形，可以在齿轮部件10中形成肩26。如 先前实施方式所述，压板504的表面508可被构造为基表面18和外过渡表面22的相应特 征的对等物。 在坯50、56逐渐变形成齿轮部件10之后，通过在此描述的实施方式的方法，可通过额外处理诸如热处理、研磨、压模、滚压和抛光来完成多个径向向外延伸的齿轮齿20的 齿轮齿廓34。可在近净成形齿轮齿20之后采用这些额外处理，以增强特性诸如齿轮啮合、 表面光洁度、硬度、韧性和密度。 尽管已经详 细描述了本发明的最佳实施模式，但是熟悉本发明所属领域的技术人 员将认识到落入所附权利要求的范围内的实现本发明的各种可选设计和实施方式。
权利要求
1.一种形成具有基表面和齿轮齿表面的净形环形齿轮部件的方法，所述齿轮齿表面包 括多个径向向外延伸的齿轮齿，所述方法包括提供由粉末金属制成的环形齿轮坯，其中，所述环形齿轮坯具有第一坯部分和第二坯 部分；其中，所述第二坯部分包括具有多个径向向外延伸的齿轮齿的表面；通过使用至少两个工具在所述环形齿轮坯上局部施加足够压力使所述环形齿轮坯逐 渐变形，其中，所述至少两个工具中的至少一个按照轨道、弧齿、行星、旋转、轴向和径向运 动中的至少一种运动相对于所述环形齿轮坯运动，以形成所述净形环形齿轮部件。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其还包括在逐渐变形所述环形齿轮坯之前对所述环形齿轮坯的至少一部分进行热处理、烧结和 预热中的至少一种。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少两个工具是能够移动的；以及其中，所述至少两个工具的所述至少一个的运动与所述至少两个工具的至少另一个的 运动是同步的，以形成所述净形环形齿轮部件。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其还包括提供所述环形齿轮坯，其中，在逐渐变形所述环形齿轮坯以形成所述净形环形齿轮部 件之前，所述环形齿轮坯的所述第一坯部分和所述第二坯部分中的一个比例地大于净形尺 寸。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其还包括其中，所述至少两个工具的所述至少一个基本类似所述净形环形齿轮部件的所述多个 径向向外延伸的齿轮齿。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，其还包括其中，基本类似所述净形环形齿轮部件的所述多个径向向外延伸的齿轮齿的所述至少 两个工具的所述至少一个被部分地构造成所述净形环形齿轮部件的所述多个径向向外延 伸的齿轮齿的至少一部分的对等物、镜像和共轭中的至少一个。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，提供所述环形齿轮坯，其中，所述多个径向向外延伸的齿轮齿具有限定锥齿轮或准双 曲面齿轮中一个的构造。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其还包括逐渐变形所述环形齿轮坯以形成所述净形环形齿轮部件，其中所述净形环形齿轮部件 包括由凹痕、刻痕、槽、压痕、洞和隙中的至少一个表征的表面特征的构造；其中，所述至少两个工具的所述至少一个基本类似所述表面特征的所述构造。
9.一种具有多个径向向外延伸的齿轮齿的齿轮部件，所述齿轮部件由下列过程形成提供具有外表面的大致环形坯，其中，所述坯由粉末金属制成；通过使用至少两个工具在所述外表面上局部地施加足够压力，逐渐变形所述大致环形 坯以形成所述齿轮部件；其中，所述至少两个工具的至少一个基本类似所述多个径向向外延伸的齿轮齿；以及其中，所述至少两个工具中的至少一个按照轨道、弧齿、行星、旋转、轴向和径向运动中的至少一种运动相对于所述大致环形坯运动，以形成所述齿轮部件。
10. 一种净形环形齿轮部件，其特征在于，其包括大致环形齿轮体，其包括通过使用至少两个工具逐渐变形所述大致环形齿轮体的表面 所构造的多个径向向外延伸的齿轮齿；其中，所述至少两个工具中的至少一个基本类似所述多个径向向外延伸的齿轮齿； 其中，所述大致环形齿轮体由粉末金属制成。
全文摘要
本发明涉及锥齿轮和准双曲面齿轮及其制造方法，具体地，在包括机动车应用的动力传输中使用的锥齿轮和准双曲面齿轮。提供一种具有大致环形齿轮体的净形锥齿轮或准双曲面齿轮，所述大致环形齿轮体包括从由粉末金属制成的大致环形坯形成的多个径向向外延伸的齿轮齿。另外，提供一种制造净形锥齿轮或准双曲面齿轮的方法，其包括下列步骤提供且可选地热处理由金属粉末制成的大致环状坯或环形坯，然后通过轨道地成形或滚压成形来逐渐变形坯，以产生具有多个向外延伸的齿轮齿的净形齿轮部件，净形齿轮部件可以是锥齿型或准双曲面型。
文档编号F16H55/17GK102101171SQ20101057601
公开日2011年6月22日 申请日期2010年12月2日 优先权日2009年12月2日
发明者L·B·阿克塞诺夫, L·C·列夫, V·N·沃斯特罗夫 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司