專利名稱：由燒結(jié)材料制成的具有特定偏差的表面致密的嚙合齒的制作方法
由燒結(jié)材料制成的具有特定偏差的表面致密的嚙合齒
本發(fā)明涉及一種用于制造至少部分地被表面致密的金屬的嚙合式 元件的方法以及所屬的裝置，其中該嚙合式元件具有被致密的燒結(jié)材料。
燒結(jié)的嚙合式元件如例如以粉末冶金方式制造的齒輪在廣泛的領(lǐng) 域中使用。與例如用鋼制成的常規(guī)鍛造材料相比，燒結(jié)的材料一般具有 較小的密度。因此被燒結(jié)的工件的表面致密是人們所希望的。
本發(fā)明的任務(wù)是，實(shí)現(xiàn)具有燒結(jié)材料的金屬嚙合式元件的使用應(yīng)用 可能性的改進(jìn)。
該任務(wù)通過按照權(quán)利要求1所述的用于制造至少部分地被表面致密
的金屬的嚙合式元件的方法，通過按照權(quán)利要求5所述的嚙合齒，通過 按照權(quán)利要求8所述的裝置以及通過按照權(quán)利要求9所述的計(jì)算機(jī)程序 產(chǎn)品解決。有利的實(shí)施例和擴(kuò)展方案在各個(gè)從屬權(quán)利要求中給出。
按照本發(fā)明的 一 個(gè)構(gòu)思，該構(gòu)思可以與本公開中的其它特征相獨(dú)立 地和相結(jié)合地使用，提出 一種用于制造由被致密的燒結(jié)材料制成的嚙合 齒的方法，其中被預(yù)致密的齒坯至少在一個(gè)區(qū)域中借助于迭代地求得的 數(shù)據(jù)至少在它的表面上的0.05mm處被致密到它的最終形狀，和至少在 一個(gè)至少fHa=4， Fa=7和Ffa=7的范圍中實(shí)現(xiàn)最終形狀的質(zhì)量。其中fHa
是指相對(duì)于嚙合齒的偏差，F(xiàn)a是指總的偏差和Ffa是指齒面的輪廓形狀
偏差。給出的值對(duì)應(yīng)于涉及偏差的DIN等級(jí)。
按照一個(gè)擴(kuò)展方案規(guī)定，迭代計(jì)算考慮涉及在齒形的表面致密加工 中的材料性能的參數(shù)。 一個(gè)實(shí)施例規(guī)定，用于確定毛坯的迭代計(jì)算從輸 入的數(shù)據(jù)出發(fā)，該數(shù)據(jù)來自于最終形狀的預(yù)先規(guī)定。優(yōu)選地使用至少一 個(gè)滾軋刀具，它具有與以后制造的最終形狀相同的質(zhì)量。通過在表面致 密時(shí)迭代的確定和由此非常精確的加工，使得能夠?qū)⒌毒叩馁|(zhì)量傳遞到 毛坯上成為可能。尤其是能夠?qū)崿F(xiàn)非常精確的表面致密，使得嚙合齒在 表面致密加工之后不需要進(jìn)行其它的材料減少的再加工步驟就具有最 終形狀的質(zhì)量。例如制造出核心密度為至少7.4g/cn^的帶有嚙合齒的工 件，其具有的表面密度至少在齒面的一個(gè)區(qū)域中是最大的，其中最大表 面密度在該區(qū)域中延伸至少0.02jim的深度。
在用于制造至少部分地被表面硬化的金屬嚙合式元件的方法的一 個(gè)擴(kuò)展方案中，該嚙合式元件具有被致密的燒結(jié)材料，制造具有局部選 擇的加工余量的嚙合式元件的毛坯和借助于至少一個(gè)滾軋刀具將毛坯 滾軋到最終尺寸，其中至少在嚙合式元件的一個(gè)齒的至少一個(gè)齒面和/ 或一個(gè)齒根的區(qū)域中在一個(gè)表面上局部變化地致密該嚙合式元件以產(chǎn) 生一個(gè)被致密的表層。
其中嚙合式元件例如是齒輪，齒條，凸輪，P-轉(zhuǎn)子，齒環(huán)，鏈齒 輪或類似物。被致密的燒結(jié)材料尤其采用粉末冶金方法制造。例如金屬 粉末在壓力下結(jié)合熱處理進(jìn)行燒結(jié)。此外例如金屬粉末與塑料結(jié)合地注 塑以及尤其是在壓力下優(yōu)選結(jié)合熱處理進(jìn)行燒結(jié)。為了燒結(jié)工件的成形 尤其使用燒結(jié)模具，該模具具有要制造的嚙合式元件的至少大致的最終 尺寸。作為毛坯優(yōu)選使用直接從燒結(jié)加工中產(chǎn)生的工件。但是在另一種 變型中，也可以附加地連4妄至少另一個(gè)表面加工步艱A。毛坯此時(shí)具有加 工余量，其可以理解為與最終尺寸的差值，其中該差值優(yōu)選逐點(diǎn)地垂直 于表面進(jìn)行限定。
作為滾軋刀具例如使用配置有嚙合齒的滾子，其嚙合齒可以與嚙合 式元件的嚙合齒嚙合。這種滾軋刀具尤其是在壓力下在嚙合式元件的表 面上滾動(dòng)。優(yōu)選地，尤其是同時(shí)使用兩個(gè)或更多個(gè)這種滾軋刀具。例如 要制造的齒輪可以布置在兩個(gè)滾軋刀具之間的中部。隨后通過兩個(gè)滾軋 刀具的進(jìn)給可以產(chǎn)生嚙合齒的燒結(jié)材料的表面致密。
一般地，這種制造
方法例如來自Takeya等的"燒結(jié)齒輪的表面滾軋"，SAE1982世界大 會(huì)，技術(shù)論文820234。也從DE3325037, US4,059，879， EP0552272A1， EP1268102A1, US5,729,822, US5,711,187， US5,884,527， US5,754,937, US6,193,927, EP0600421A1, GB2,250，227中分別得到各種制造方法， 燒結(jié)材料，刀具，致密的過程和用于燒結(jié)的嚙合齒的裝置，它們同樣可 以與本發(fā)明適應(yīng)性地利用。相應(yīng)于本公開的范圍參見上面的文獻(xiàn)。
例如也可以使用第一滾軋刀具在第一壓力下基本上進(jìn)行粗輪廓滾 軋和接著使用第二滾軋刀具在第二壓力下實(shí)現(xiàn)按照目標(biāo)要調(diào)節(jié)的表面致密。
局部選擇的加工余量尤其是這樣地設(shè)定，使得至少在嚙合式元件的 一個(gè)齒的至少一個(gè)齒面和/或一個(gè)齒根的區(qū)域中在一個(gè)表面上的表層中 局部變化地致密該嚙合式元件。優(yōu)選在被致密的表層內(nèi)達(dá)到全密度，其 中全密度優(yōu)選相對(duì)于可以比較的粉末鍛造的齒的密度的來理解。例如由
燒結(jié)材料制成的毛坯在核心處具有的密度為至少6.8g/cm3，優(yōu)選至少 7.1g/cm3和尤其是至少7.3g/cm3。在被致密的表層中毛坯例如具有的密 度為至少7.7g/cm3,優(yōu)選至少7.8g/cm3,其對(duì)應(yīng)于相同材料的粉末鍛造 的毛坯的密度。此時(shí)特別有利地實(shí)現(xiàn)與負(fù)荷相適應(yīng)的強(qiáng)度變化曲線。此 外通過局部可變化的和與負(fù)荷相適應(yīng)的密度變化曲線優(yōu)選提供一種可 以承受高負(fù)荷的燒結(jié)的嚙合齒。與較小負(fù)荷的直接相鄰的區(qū)域相比，密 度變化曲線可以尤其是在承受較高負(fù)荷的區(qū)域中具有在較大的區(qū)域上 的較大的密度級(jí)。借助于優(yōu)化的加工余量的確定，這樣制造的嚙合齒也 可以在很少的幾個(gè)加工步驟中經(jīng)濟(jì)地制造。
按照一個(gè)實(shí)施例通過不同的加工余量沿著毛坯的齒面和/或齒根一 同產(chǎn)生各不同地被致密的表層。例如規(guī)定，被致密的表層的深度，分別 從垂直于表面方向看，在大約最大負(fù)荷的地方顯示密度的最大值。這可 以例如位于齒的一半高度上和分別朝著齒頂和齒根連續(xù)地減小到零。尤 其是為了避免點(diǎn)蝕例如規(guī)定，在基圓以下的20%和30%之間，尤其是在 23%和25%之間的區(qū)域中調(diào)節(jié)燒結(jié)材料中的特別高的致密。但是也可以 規(guī)定其它的變化曲線。尤其是在設(shè)計(jì)致密變化曲線時(shí)在嚙合式元件^/按 照使用的應(yīng)用目的上考慮在嚙合式元件的齒面上的力的變化曲線。例如
下面的比較應(yīng)力變化曲線。這種方法也可以在其它嚙合齒中應(yīng)用。
特別有利的是將齒的第一齒面上的加工余量選擇得與齒的第二齒 面上的不同。此時(shí)在嚙合式元件的按照使用的應(yīng)用目的上考慮尤其是力
的傳遞方向。對(duì)于變速器中的齒輪，為此例如考慮，依據(jù)某個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向， 沿著轉(zhuǎn)動(dòng)方向而不是逆著轉(zhuǎn)動(dòng)方向在齒面上出現(xiàn)其它的力。此外可以補(bǔ)
償由于滾軋刀具的轉(zhuǎn)動(dòng)方向引起的不同的致密。優(yōu)選這樣選擇加工余量 使得在致密加工之后沿著第一齒面和第二齒面產(chǎn)生相同的致密變化曲 線。
例如為了避免在齒根或齒底區(qū)域中的應(yīng)力裂紋，也考慮在該區(qū)域中 設(shè)置局部被致密的表面層。特別合適的是，在齒根中選擇不對(duì)稱的加工 余量。例如左邊的齒根區(qū)域具有與右邊的齒根不同的另 一個(gè)致密深度。 尤其是可以通過加工余量的相應(yīng)的變化分別在兩個(gè)齒之間提供表層的 深度的優(yōu)選連續(xù)的變化。
優(yōu)選地，在嚙合齒的實(shí)施例中，不同的、尤其是不對(duì)稱的加工余量 不僅針對(duì)于 一個(gè)齒面，而且優(yōu)選針對(duì)于兩個(gè)相互相對(duì)的齒面進(jìn)行^殳置。 附加地，在齒根中設(shè)置不同的加工余量，其優(yōu)選是不對(duì)稱的。嚙合齒的 齒面和齒根也可以是各不對(duì)稱的。作為加工余量此時(shí)不僅僅是理解為供 使用的附加的材料。相反尺寸不足也同樣屬于加工余量。此時(shí)應(yīng)該理解 的是，在一個(gè)區(qū)域中設(shè)置的燒結(jié)材料少于相對(duì)于在一個(gè)加工步驟之后的 最終輪廓必須設(shè)置的燒結(jié)材料。求得的尺寸不足例如保證了在擠移燒結(jié) 材料時(shí)不形成不希望有的隆起。該尺寸不足因此是帶有嚙合齒的毛坯的 一個(gè)尤其是通過擠移燒結(jié)材料要填充的區(qū)域。
此外存在可能性，即在嚙合齒的齒上設(shè)置不同的嚙合角。因此齒的一個(gè)齒面的嚙合角可與齒的另一個(gè)齒面的嚙合角相差至少15%。
在一個(gè)實(shí)施例中規(guī)定，在齒的第一齒面的表面下面至少20pm處產(chǎn) 生比在相同的高度上的齒的第二齒面上高2%，直到至少高15%的密 度。優(yōu)選在齒的第一齒面上實(shí)現(xiàn)的密度至少大約對(duì)應(yīng)于為粉末鍛造的嚙 合式元件所實(shí)現(xiàn)的密度，相反第二齒面具有較小的密度。例如在一個(gè)齒 面上密度在7.2g/cm3和7.7g/cm3之間的范圍中進(jìn)行調(diào)節(jié)，而在第二齒面 的相應(yīng)的區(qū)域中密度在7.5g/cn^和7.82g/cn^之間進(jìn)行調(diào)節(jié)。尤其是由 此又考慮了兩個(gè)齒面的例如與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相關(guān)的不同的負(fù)荷。優(yōu)選此時(shí)實(shí) 現(xiàn)符合要求的彈性和硬度變化曲錢。進(jìn)一步優(yōu)選地，由此減小例如在變 速器中的噪音的增長(zhǎng)。
此外規(guī)定在齒的第一齒面上的局部加工余量選擇得比在相同的高 度上的齒的第二齒面上的加工余量大至少10%。在一個(gè)第一變型中由此 例如實(shí)現(xiàn)，由于在致密加工時(shí)依據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)方向施加不同的壓力而在第一齒 面和第二齒面上實(shí)現(xiàn)相同的致密變化曲線。在另一個(gè)變型中例如在第一 齒面和第二齒面上實(shí)現(xiàn)不同的致密變化曲線。此時(shí)尤其是可以按照目標(biāo) 調(diào)節(jié)不同的最大密度，它們的深度以及它們的相對(duì)于嚙合齒的高度所處 的位置。
特別合適的是，最大局部加工余量的數(shù)值為至少15pm,優(yōu)選至少 100jim和特別優(yōu)選至少400)im。當(dāng)毛坯的密度在7.2g/cm3和7.5g/cm3之 間的范圍中時(shí)，優(yōu)選最大加工余量設(shè)置在20pm和150nm之間。當(dāng)毛坯 密度在6.7g/cm3和7.2g/cm3之間時(shí)，優(yōu)選使用在50pm和500pm之間的 最大加工余量。加工余量此時(shí)也可以在局部上是負(fù)的，其中例如考慮材
料的橫向分布。橫向分布可以通過由于滾軋過程產(chǎn)生的材料流動(dòng)來實(shí) 現(xiàn)。尤其是可以設(shè)置至少在局部上負(fù)的加工余量，其局部地低于最終尺
寸。負(fù)的加工余量為優(yōu)選最大100pm。按照一個(gè)實(shí)施例，最大負(fù)的加工 余量小于50pm和尤其是小于20pm。尤其是最大負(fù)的加工余量在100pm 和20pm之間的范圍中。優(yōu)選地實(shí)現(xiàn)一種致密，其至少在嚙合齒的齒面 的一個(gè)區(qū)域中到達(dá)在lmm和1.5mm之間的深度。相反在齒根中的致密 可以較小。按照一個(gè)實(shí)施例，齒面的致密的最大深度比所屬的齒#~的區(qū) 域中的致密的最大深度至少大6倍。這能夠使得嚙合齒一方面具有足夠 的強(qiáng)度，另一方面也具有一定的可變形性。由此避免斷齒。
在方法的一個(gè)實(shí)施例中規(guī)定，毛坯和滾軋刀具相互在對(duì)方上滾動(dòng)， 直到在由此制造的嚙合式元件和滾軋刀具之間產(chǎn)生最終的形狀成形的 運(yùn)動(dòng)為止。這例如用于制造相互嚙合的齒輪。優(yōu)選地，在滾軋刀具的滾 動(dòng)過程期間減小在滾軋刀具和毛坯之間的間距。相應(yīng)地，為此尤其是對(duì) 滾軋壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)或適配。除了對(duì)力的控制的可能性以外還可以實(shí)施對(duì) 機(jī)器的行程的控制。此外存在可能性，即在制造嚙合齒時(shí)設(shè)置對(duì)力和行 程的控制的組合。此時(shí)也可以在制造的一個(gè)階段上進(jìn)行純粹的行程控制 和在制造的另 一個(gè)階段上進(jìn)行純粹的力控制。它們也可以多次交替地進(jìn)行。
在另一個(gè)實(shí)施例中規(guī)定，借助于在毛坯和滾軋刀具之間的滾軋運(yùn)動(dòng) 形成擺線形的和/或漸開線形的嚙合齒。
除了在齒輪意義下的嚙合式元件以外還可以制造其它嚙合式元 件。例如規(guī)定，制造凸輪作為嚙合式元件。尤其是可以制造一種凸輪， 如它被例如用于機(jī)械操作調(diào)節(jié)裝置，例如用于調(diào)節(jié)閥門或類似物。優(yōu)選 通過表層的局部變化的致密在凸輪的齒面上提供改進(jìn)的具有磨損性較 小的強(qiáng)度變化曲線。
表面硬化的進(jìn)一步的改善尤其是可以這樣地實(shí)現(xiàn)，即用于制造至少 部分地被表面致密的金屬嚙合式元件的方法包括熱的和/或化學(xué)的表面 硬化處理。
在一個(gè)第一變型中，作為熱的和/或化學(xué)的硬化處理例如使用滲物式
表面硬化。優(yōu)選地，此時(shí)除了提高硬度以外還實(shí)現(xiàn)了應(yīng)力的減小。在另 一個(gè)變型中例如使用碳氮共滲工藝。此外可以使用滲氮或滲氮碳硼工藝
以及滲硼工藝。尤其是在這些工藝中結(jié)合熱處理同樣實(shí)現(xiàn)應(yīng)力的減小。
通過調(diào)節(jié)主要的壓力同樣可以影響硬化。例如可以調(diào)節(jié)真空度，尤其是 當(dāng)進(jìn)行滲物式表面硬化時(shí)。也還存在感應(yīng)硬化的可能性。
按照 一個(gè)實(shí)施例只是部分地實(shí)施硬化，例如只是在嚙合齒的區(qū)域中 進(jìn)行。
在一個(gè)優(yōu)選的變型中規(guī)定，用于制造至少部分地表面硬化的具有被 致密的燒結(jié)材料的金屬的嚙合式元件的方法包括步驟"冷態(tài)或熱態(tài)擠 壓，燒結(jié)，整體和表面致密滾軋以及滲物式表面硬化"。例如首先在一 個(gè)模具中進(jìn)行金屬粉末的冷態(tài)擠壓，該模具具有至少大約為要制造的嚙 合式元件的最終尺寸。在一個(gè)第二步驟中例如在熱作用下和在有或者沒 有壓力作用下進(jìn)行燒結(jié)加工。優(yōu)選之后接著借助于滾子進(jìn)行整體和表面 致密。如已經(jīng)在前面提及的，優(yōu)選同時(shí)借助于至少兩個(gè)滾軋刀具進(jìn)行實(shí) 體和表面致密滾軋。接著可以最后進(jìn)行硬化，尤其是滲物式表面硬化， 其可以使表面得到進(jìn)一步的硬化。
其它可能的方法步驟或方法過程以及對(duì)工件的詳細(xì)的說明在下面 通過舉例給出。但是該方法步驟也可以用其它的材料和達(dá)到的密度值實(shí) 施?？梢允褂玫臒Y(jié)材料可如下地一般在本發(fā)明的范圍內(nèi)利用，其中例
如給出的可以使用的材料有
-混合的粉末(admixed powders ):例如鐵粉末與其它優(yōu)選基本元 素粉末混合。例如
Ancorsteel 1000+1.5 - 3.5重量。/oCu+0.6 - 1.1重量％石墨+0.5 - 1.2 重量％潤(rùn)滑劑；
Ancorsteel 1000B+1.5 - 2.2重量。/。Ni+0.4 - 0.9重量°/。石墨+0.6 - 1.1 重量％潤(rùn)滑劑；
-部分合金的粉末(partially alloyed,擴(kuò)散合金的粉末): 一種粉 末，其中一種或多種合金成分以冶金方式與基本元素粉末或預(yù)合金的粉 末結(jié)合。例如Distaloy AB， Distaloy 4600A, Distaloy AE， Distaloy 4800A;
—預(yù)合金的斗分末(pre — alloyed powders ):兩個(gè)或更多元素構(gòu)成的 粉末，這些元素在粉末制造期間被合金處理，其中粉末顆粒被相同地分 布。侈'H口 Ancorsteel 4600V, Ancorsteel 2000, Ancorsteel 86, Ancorsteel 150HP;
-混合合金(hybrid alloy):預(yù)合金的或部分合金的粉末與基本元 素的或鐵合金的添加物混合，以獲得希望的材料組合。例如
Ancorsteel 85P+1.5-2.5重量％,0.4 - 0.8重量％石墨+0.55 - 1.1 重量％潤(rùn)滑劑；
Distaloy AE+1.5 — 2.5重量。/。Ni+0.4 — 0.8重量％石墨+0.55 - 0.95潤(rùn) 滑劑；
Ancorsteel 85HP+1.1 - 1.6重量y。FeMn+0.35 — 0.65重量％石墨+0.6 -0.95潤(rùn)滑劑。
1. 工件具有在6.5和7.5g/cm3之間的核心密度。表面密度為大于 7.5g/cm3。最大密度在直到O.lmm的深度范圍上產(chǎn)生。
毛坯的原始材料是燒結(jié)金屬粉末，尤其是預(yù)合金的材料、部分合金 的材料或混合合金。
用預(yù)合金的材料進(jìn)行冷壓，在IIO(TC和115(TC之間的溫度范圍中 燒結(jié)，表面致密加工，表面硬化和接著的磨削，以實(shí)現(xiàn)帶有嚙合齒的工 件的最終形狀。
用部分合金的金屬的燒結(jié)材料進(jìn)行在5(TC和8(TC之間的范圍的擠 壓溫度下的熱壓，優(yōu)選在125(TC和1280。C之間的范圍中的高溫?zé)Y(jié)， 表面致密加工，接著的真空表面硬化和珩磨，以實(shí)現(xiàn)帶有嚙合齒的工件 的最終形狀。
用具有混合合金的燒結(jié)材料進(jìn)行熱壓，其中粉末和刀具優(yōu)選是加熱 的。優(yōu)選地它們?cè)?2(TC和15CTC之間的范圍中被加熱。接著進(jìn)行燒結(jié) 步驟，例如高溫?zé)Y(jié)，表面致密加工和接著感應(yīng)硬度。后處理例如可以 取消。
2. 毛坯是粉末鍛造的。該毛坯至少部分地在齒面和/或齒根的區(qū)域 中被表面致密。工件的核心密度位于5.7g/cmS和7.7g/cmS之間。在區(qū)域 的表面密度為大于7.8g/cm3，其中優(yōu)選在該區(qū)域中所有在該表面上留下 的孔隙都被封閉。但是直到1.5mm的深度范圍上產(chǎn)生最大密度也是可能 的。
制造方法可以如下地進(jìn)行選擇粉末材料，冷壓粉末材料，優(yōu)選以 約U2(TC的溫度燒結(jié)，接著優(yōu)選在約1000。C的溫度下鍛造，可能時(shí)去 除氧化層，尤其是通過滾軋進(jìn)行表面致密加工，表面硬化，尤其是滲物 式表面硬化，和可能時(shí)接著的部分磨削到最終輪廓。該方法可以全部地 或部分地在生產(chǎn)線上實(shí)施。 另一個(gè)實(shí)施例規(guī)定，在表面硬化時(shí)實(shí)施真空滲物式表面硬化，接著 進(jìn)行對(duì)嚙合齒的部分區(qū)域的對(duì)磨步驟。
3. 尤其是為了制造轉(zhuǎn)子和油泵齒輪，由含鋁材料制成的毛坯在齒面 和/或齒根的區(qū)域中被表面致密。在表面致密加工時(shí)尤其是實(shí)現(xiàn)嚙合齒的 最終形狀。工件的核心密度為優(yōu)選在2.6g/cm"和2.8g/cn^之間。
例如燒結(jié)材料在例如40。C和65。C之間的溫度下熱壓，接著例如在 大于40(TC的溫度下，尤其是在42(TC和44(TC之間的溫度范圍內(nèi)去蠟， 然后，例如在大于55(TC的溫度范圍，尤其是在60(TC和63(TC之間的溫 度范圍內(nèi)燒結(jié)，然后均質(zhì)化和冷卻到例如在480°C和535。C之間的溫度， 其中接著尤其是通過滾子進(jìn)行表面致密加工。接著可以例如在120。C和 185。C之間的溫度范圍中在6小時(shí)和24小時(shí)之間的時(shí)間長(zhǎng)度上進(jìn)行完全 硬化。
4. 毛坯優(yōu)選沿著齒面和齒根被致密，其中尤其是使用兩個(gè)滾軋刀 具，毛坯可以轉(zhuǎn)動(dòng)地布置它們的中間。依據(jù)不同的材料，工件的核心密 度優(yōu)選在7.2g/cn^和7.5g/cmS之間，表面密度取決于材料地至少分部段 地大于7.8g/cm3。最大密度存在于尤其是直到lmm的深度范圍內(nèi)，必要 時(shí)也超出該范圍。
在制造步驟中，按照一個(gè)實(shí)施例建議，對(duì)預(yù)合金的材料冷壓，接著 尤其是在IIOCTC和115(TC之間的溫度范圍中燒結(jié)，進(jìn)行表面致密，實(shí) 施硬化和必要時(shí)部分地磨削該表面。
另一個(gè)實(shí)施例規(guī)定，尤其是在5(TC和9CTC之間的溫度范圍中對(duì)部 分合金的燒結(jié)材料熱壓，尤其是在124(TC和129(TC之間的溫度范圍中 實(shí)施高溫?zé)Y(jié)，進(jìn)行表面致密，進(jìn)行真空滲物式表面硬化和必要時(shí)接著 進(jìn)行珩磨。
另一個(gè)實(shí)施例規(guī)定，對(duì)混合合金進(jìn)行高溫?zé)釅?，其中粉末和擠壓刀 具優(yōu)選在12(TC和160。C之間的溫度范圍中被加熱。在燒結(jié)步驟之后進(jìn) 行表面致密，接著進(jìn)行硬化，優(yōu)選感應(yīng)硬化。
5. 此外存在可能性，即接著在預(yù)燒結(jié)之后進(jìn)行表面致密加工和然后 又設(shè)置再燒結(jié)作為在帶有嚙合齒的工件的制造中的方法步驟。預(yù)燒結(jié)可 以例如在65(TC至950。C之間的溫度范圍中進(jìn)行。再燒結(jié)可以例如在對(duì) 于該材料通常采用的燒結(jié)溫度中進(jìn)行，例如在105(TC和118(TC之間。 還存在高溫?zé)Y(jié)的可能性，例如在12S(TC和128(TC之間的范圍中。之
后可以4妄著有選4奪地進(jìn)行石更化和/或再加工，例如珩磨或也可以磨削。
前述的4齊壓可以冷態(tài)，中溫或高溫地進(jìn)4亍，其中在高溫狀態(tài)下優(yōu)選
擠壓刀具和粉末是被加熱的。例如加熱擠壓在120。C和160。C之間的溫 度范圍內(nèi)進(jìn)行。
6. —個(gè)擴(kuò)展方案規(guī)定，在再燒結(jié)步驟之后進(jìn)行燒結(jié)硬化?？蛇x擇地 可以接著進(jìn)行磨削或珩磨。
7. 另一個(gè)制造方法規(guī)定，在高于15(TC尤其是高于50(TC的溫度下 對(duì)毛坯進(jìn)行致密加工。例如毛坯可以直接從燒結(jié)爐引導(dǎo)到機(jī)器中進(jìn)行表 面致密。此時(shí)毛坯可以具有例如高于600°C，尤其是也高于80(TC的溫 度。優(yōu)選地，該用于表面致密的一個(gè)或多個(gè)刀具被加熱到例如約15(TC 的溫度。按照另一個(gè)實(shí)施例，用于表面致密的刀具優(yōu)選通過在刀具內(nèi)部 分布的冷卻4幾構(gòu)冷卻。
8. 另一個(gè)制造方法規(guī)定，在毛坯被至少部分地加熱時(shí)進(jìn)行表面致 密。尤其是加熱到可以簡(jiǎn)化表面致密加工的溫度。優(yōu)選地為此使用感應(yīng) 加熱。接著進(jìn)行快速冷卻，以便形成馬氏體結(jié)構(gòu)。以這種方式例如可以 將一種修整工藝與表面致密組合起來。
本發(fā)明的另一個(gè)方案規(guī)定，可以用及其不同的方法實(shí)施表面致密。 一個(gè)實(shí)施例尤其規(guī)定，在一個(gè)第一區(qū)域中的表面致密用不同于在一個(gè)第 二區(qū)域中的方法進(jìn)行實(shí)施。作為方法此時(shí)可以采用噴射硬化，噴丸，借 助于球丸，借助于滾子或借助于其它可以旋轉(zhuǎn)的物體，借助于齒形構(gòu)造 的工具，尤其是滾軋刀具和類似物進(jìn)行的致密。這些方法也適用于分別 單獨(dú)地相互分開地進(jìn)行必需的表面致密。
例如齒根完全不用或者僅僅輕微地用也使齒面被致密的刀具進(jìn)行 致密。存在可能性，即表面在一個(gè)部段中被致密加工到這樣的程度，使 得只有表面上的孔隙被封閉。接著可以用另 一個(gè)刀具或表面致密方法加 工齒根。尤其是可以由此達(dá)到與齒^f艮相比沿著齒面的不同的表面致密。 例如可以因此調(diào)節(jié)出例如關(guān)于粗糙度的不同的表面質(zhì)量。而且最大表面 凹部由于采用各種不同的技術(shù)也可以是不同的。此外存在可能性，即例 如在表面噴射時(shí)帶有嚙合齒的整個(gè)工件獲得表面致密。以這種方式可以 加工尤其是包括含鋁的燒結(jié)材料或其它形成氧化物的燒結(jié)材料，因?yàn)橥?過表面致密還可以附加地也去除氧化物層。
件的方法的毛坯，該嚙合式元件具有被致密的燒結(jié)材料，其中齒的第一 齒面和第二齒面具有相互不同的不對(duì)稱的加工余量。此外還規(guī)定，齒的 第一和第二齒根區(qū)域具有相互不同的，尤其是不對(duì)稱的加工余量。本發(fā) 明還涉及一種具有金屬的燒結(jié)材料的嚙合式元件，其中嚙合式元件至少 在嚙合式元件的齒的至少一個(gè)齒面的區(qū)域中具有局部地變化的致密。優(yōu) 選由此結(jié)合表面硬化可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于許多應(yīng)用適用的粉末冶金材料的彈 性。特別優(yōu)選地，例如在變速器齒輪中，可以降低在力傳遞時(shí)的噪音和 同時(shí)提供很好的耐磨強(qiáng)度。
在一個(gè)第一變型中規(guī)定，嚙合式元件是直齒齒輪。
變型中規(guī)定，嚙合式元件是斜齒齒輪。此外可以在另一種變型中規(guī)定錐 形齒輪。相應(yīng)于前面進(jìn)行的描述，有利的是，嚙合式元件的齒的相互相 對(duì)的齒面具有不對(duì)稱的致密。此外有利的是，不對(duì)稱的致密位于齒根區(qū) 域中。這種致密此時(shí)尤其是與在按照使用的應(yīng)用中出現(xiàn)的力相適配。為 了避免應(yīng)力裂縫，尤其規(guī)定，被局部致密的表層的深度僅僅大到還保證 齒的足夠的彈性或剛度的程度。特別優(yōu)選地，被致密的表層的深度在齒 根區(qū)域中小于在齒面上的深度。
作為嚙合式元件的特殊形式，可以規(guī)定嚙合式元件是一種凸輪。前 面的描述可以對(duì)其相應(yīng)地應(yīng)用，其中例如凸輪的側(cè)面取代了齒的齒面。
對(duì)于嚙合式元件的材料可以規(guī)定各種成分。在一個(gè)第一變型中選擇 鐵材料作為燒結(jié)材料的主要成分和從碳，鉬，鎳，銅，錳，鉻和釩的組
中的至少一種合金成分。 一種鐵合金相對(duì)于參照物15CrNiMo6例如是 Fe - l.OCr - 0.3V+0.2。另一種鐵合金相對(duì)于20MnCr5例如是Fe-1.5Mo+0.2C。此外例如作為含鐵的合金相對(duì)于16MnCr5規(guī)定Fe-3.5Mo。同樣地可以例如使用合金C0.2°/0Cr0.5%Mn0.5%Mo0.5%，其中 剩余部分包括鐵和雜質(zhì)。除此以外可以規(guī)定其它成分。
優(yōu)選地，為了減小嚙合式元件的重量，規(guī)定選擇鋁或鎂作為燒結(jié)材 料的主要成分。按照本發(fā)明的一個(gè)方面規(guī)定，由燒結(jié)材料制成的被表面 致密的嚙合齒具有至少80%的鋁以及至少銅和鎂作為其它燒結(jié)材料。一 個(gè)第一實(shí)施例規(guī)定，附加地還使用硅作為燒結(jié)材料。例如硅可以在從約 0.45%至約0.8%的范圍，優(yōu)選在0.6%和0.75%之間。但是硅也可以位于 更大的范圍上，例如在13%和17%之間，尤其是在14.5%和15.5%之間。
如果硅含量較高，那么燒結(jié)材料中的銅含量就減小。因此第一種混合物
例如可以具有4%至5%含量的銅，0.45%至約0.8%含量的硅，約0.35% 至0.7%含量的鎂和至少主要是鋁的剩余部分。附加地，優(yōu)選添加一種擠 壓輔助劑。它可以具有在0.8和1.8%之間的含量。為此例如可以使用蠟， 尤其是酰胺基蠟。第二種混合物例如可以具有2.2%至3%含量的銅，13% 至約17%含量的硅，約0.4%至0.9%含量的鎂和至少主要是鋁的剩余部 分。同樣可以例如如上面所述的一樣使用擠壓輔助劑。在表面致密之后 嚙合齒的至少一個(gè)區(qū)域具有例如大于2.5g/cm3優(yōu)選直到最大密度的密 度。這種制造的具有嚙合齒的工件優(yōu)選具有至少240N/mn^的抗拉強(qiáng)度 和至少90HB的硬度。如果硅的含量較高那么密度也可以尤其是大于 2.6g/cm3。
一個(gè)第二實(shí)施例規(guī)定，除了銅和鎂作為添加物和鋁以外附加地使用 至少鋅作為燒結(jié)材料。優(yōu)選地，銅的含量在1.2%和2.1%之間，尤其是 在1.5%和1.65。/。之間的范圍，鎂在1.9%和3,1%之間，優(yōu)選在2.45%和 2.65%之間，鋅在4.7%和6.1%之間，尤其是在2.3°/。和5.55%之間。剩余 部分至少主要是鋁。如上述那樣，附加地此處也可以使用擠壓輔助劑由 這種混合物制造的帶有嚙合齒的工件優(yōu)選在表面致密之后具有其中密 度從至少2.58g/cm3直到最大密度分布的至少一個(gè)嚙合齒區(qū)域。這樣制 造的帶有嚙合齒的工件優(yōu)選具有至少280N/mm2的抗拉強(qiáng)度和至少 120HB的硬度。
特別合適的是，嚙合式元件與另一個(gè)功能部件，尤其是一個(gè)軸或另 一個(gè)齒輪，燒結(jié)起來。尤其是由此便于保持在例如變速器中的更多個(gè)嚙 合式元件之間的精確的工作間距。
在另一個(gè)實(shí)施例中規(guī)定，嚙合式元件是一個(gè)泵的組成部件。例如涉 及與另一個(gè)漸開線齒輪嚙合的漸開線齒輪。
此外本發(fā)明涉及一種用于制造至少部分地被表面致密的嚙合式元 件尤其是用于實(shí)施上述方法的裝置，其具有與不同的加工余量適配的刀 具控制機(jī)構(gòu)。該裝置此時(shí)包括尤其是至少一個(gè)滾軋刀具，它可以優(yōu)選借 助于適配的刀具控制機(jī)構(gòu)優(yōu)選在適配的壓力和/或受控制的行程下以適 配的嚙合作用到毛坯上。該裝置尤其是包括帶齒形表面的滾軋刀具，該 齒形表面可以與嚙合式元件的嚙合齒嚙合并且在其上滾動(dòng)。
此外本發(fā)明的主題是一種用于由至少在一個(gè)表面區(qū)域中由燒結(jié)材
料制成的毛坯制造至少部分地表面硬化的嚙合式元件的裝置，其中該裝 置包括刀具，該刀具借助于對(duì)毛坯的要致密的齒的滾軋運(yùn)動(dòng)具有對(duì)第一 齒面和第二齒面上的不同的加工余量的補(bǔ)償。滾軋刀具此時(shí)可以只在齒 的 一個(gè)齒面上或者在兩個(gè)齒面上具有用于形狀成形所必需的輪廓，例如 一種漸開線嚙合齒。但是在另一種變型中也可以規(guī)定，分別在滾軋刀具 的嚙合齒的一個(gè)齒的第一齒面和第二齒面上設(shè)置不同的加工余量。這例 如可以是不同的漸開線嚙合齒。
此外本發(fā)明涉及一種用于設(shè)計(jì)加工余量以實(shí)現(xiàn)在滾軋過程中燒結(jié) 金屬的嚙合式元件的表面致密的方法，其中加工余量迭代地求得。在第 一步驟中，預(yù)先規(guī)定例如幾何形狀以及尤其是扭矩和/或壓力分布。在另 一個(gè)步驟中，限定例如滾軋刀具的設(shè)計(jì)。此外求得具有局部地限定的加 工余量的毛坯?？梢岳绺鶕?jù)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行選擇。這種數(shù)據(jù)庫含有例如根 據(jù)各種參數(shù)求得的實(shí)驗(yàn)密度變化曲線。此外可以進(jìn)行致密或滾軋過程的 模擬。為此結(jié)合模擬毛坯以及必要時(shí)滾軋刀具的彈性特性和塑性特性來 模擬例如滾軋過程的運(yùn)動(dòng)學(xué)。為了模擬毛坯的彈性或塑性特性，借助于 例如有限元法或有限體積法，采用與離散解法結(jié)合的連續(xù)力學(xué)模型。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中規(guī)定，在考慮加工余量下迭代地求得滾軋刀具 的幾何形狀。例如可以求得滾軋刀具的漸開線嚙合齒的加工余量。相應(yīng) 地可以求得另一個(gè)非漸開線嚙合齒的加工余量。
在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中規(guī)定，在第一步驟中至少在齒的一個(gè)齒 面的區(qū)域中嚙合式元件的毛坯的局部地變化的、至少可以逐點(diǎn)地限定的 加工余量根據(jù)至少 一個(gè)設(shè)計(jì)的預(yù)先規(guī)定自動(dòng)地產(chǎn)生，在第二步驟中滾軋 刀具的幾何形狀自動(dòng)地產(chǎn)生，在第三步驟中對(duì)滾軋加工和嚙合式元件的 至少一個(gè)表層的此時(shí)產(chǎn)生的局部的致密變化曲線進(jìn)行模擬和在第四步 驟中將產(chǎn)生的致密變化曲線的自動(dòng)的評(píng)價(jià)與預(yù)先規(guī)定進(jìn)行比較以及必 要時(shí)該方法自第一步驟起在應(yīng)用至少一種變化下為了優(yōu)化而重復(fù)地進(jìn) 行，直到滿足中斷標(biāo)準(zhǔn)為止。該變化此時(shí)例如借助于優(yōu)化方法實(shí)現(xiàn)。中 斷標(biāo)準(zhǔn)例如是在希望的密度變化曲線和在模擬中實(shí)現(xiàn)的密度變化曲線 之間的公差。此外中斷標(biāo)準(zhǔn)也可以是超過了可以預(yù)先給定的迭代次數(shù)。
特別合適的是，設(shè)計(jì)的預(yù)先規(guī)定從材料密度，幾何形狀，扭矩和壓 力分布的組中選擇。扭矩此時(shí)應(yīng)該理解為在嚙合式元件的按照使用的應(yīng) 用目的下出現(xiàn)的扭矩。
尤其是為了避免材料裂縫，合適的是，對(duì)至少在致密的區(qū)域中的材 料應(yīng)力進(jìn)行模擬和尤其是用于評(píng)價(jià)。由此優(yōu)選地避免，表面雖然被足夠 地硬化，但是由于應(yīng)力的作用而易脆和易于產(chǎn)生應(yīng)力裂紋。
此外有利的是使用在儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)用于變化。尤其是此時(shí) 可以例如借助于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)使用優(yōu)化和數(shù)據(jù)分析的方法。此外例如為了優(yōu) 化借助于遺傳學(xué)算法使用在數(shù)據(jù)庫中儲(chǔ)存的特征。
在另 一個(gè)實(shí)施例中，步驟中的至少 一個(gè)步驟可以通過一個(gè)預(yù)先規(guī)定 進(jìn)行替代。優(yōu)選地，滾軋刀具幾何形狀被固定地預(yù)先規(guī)定。由此例如考 慮這樣的事實(shí)，即修改滾軋刀具的費(fèi)用比例如毛坯要大得多。另一個(gè)實(shí) 施例規(guī)定反向的操作過程。優(yōu)選地，從最終形狀出發(fā)，計(jì)算毛坯或用于
i后本發(fā)明的主題是具有儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)可讀的介質(zhì)上的程序編碼 機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，用于當(dāng)在計(jì)算機(jī)上應(yīng)用該程序時(shí)實(shí)施至少 一個(gè) 上述的方法。計(jì)算機(jī)可讀的介質(zhì)例如是磁性的，光磁的或光學(xué)的存儲(chǔ)介 質(zhì)。此外例如使用存儲(chǔ)芯片。除此以外計(jì)算機(jī)可讀的介質(zhì)也可以借助于 遠(yuǎn)距離存儲(chǔ)，例如借助于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。
計(jì)算機(jī)程序可以例如存儲(chǔ)在用于表面致密的機(jī)器中。也可以與用于 表面致密的機(jī)器分開地進(jìn)行計(jì)算。但是機(jī)器具有控制機(jī)構(gòu)，尤其是行程 和/或力引導(dǎo)的控制機(jī)構(gòu)，其中可以輸入坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)變化曲線，用于對(duì)毛 坯進(jìn)^亍致密加工。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，設(shè)置壓模，用它可以擠壓由燒結(jié)材料制 成的毛坯，其隨后被表面致密加工到最終形狀。該壓模是迭代地計(jì)算 的。優(yōu)選地，此時(shí)同樣以帶有嚙合齒的工件的最終輪廓的數(shù)據(jù)為依據(jù)
也可以設(shè)置滾軋檢驗(yàn)臺(tái)，其提供這樣的可能性，即可以對(duì)非常不同 的表面致密進(jìn)行試驗(yàn)性的滾軋。由此尤其是也可以求得這樣的數(shù)據(jù)，其 可以被評(píng)估地使用到計(jì)算方法中。例如為此可以由多個(gè)測(cè)量值形成適合 的特征值。由此例如可以實(shí)現(xiàn)用于毛坯，刀具或擠壓刀具的迭代計(jì)算的 起始值。滾軋檢驗(yàn)臺(tái)也可以對(duì)被表面致密的具有嚙合齒的工件進(jìn)行自動(dòng) 化測(cè)量。以下建議了一些其它的構(gòu)思，它們與到目前為止建議的方面進(jìn) 行組合，j旦是也可以與它們獨(dú)立;也實(shí)施。
按照本發(fā)明的另 一 個(gè)構(gòu)思，該構(gòu)思可以與本公開中的其它特征相獨(dú) 立地和相結(jié)合地使用，設(shè)置一種用于制造由被致密的燒結(jié)材料制成的嚙 合齒的方法，其中被預(yù)致密的齒坯在至少一個(gè)區(qū)域中借助于迭代地求得 的數(shù)據(jù)被致密到它的最終形狀，和在該區(qū)域中的粗糙度相對(duì)于毛坯改善
了至少400%,其中表面硬度被調(diào)節(jié)到至少130HB。優(yōu)選調(diào)節(jié)到至少具 有7.3g/cn^的密度的最終形狀的核心密度和形成具有從最終形狀的表面 到中心方向上的凸形的變化曲線的表面硬度。
由被預(yù)致密的材料制成的嚙合齒在一個(gè)第 一被表面致密的區(qū)域中 具有的粗糙度比在一個(gè)被很少或者完全沒有被表面致密的第二區(qū)域中 的粗糙度小至少400%。粗糙度Rz例如在第一區(qū)域?yàn)樾∮趌pm。另一個(gè) 實(shí)施例規(guī)定，在最終形狀的表面上的表面硬度具有至少700HV
,而 在表面的0.4mm的深度下至少具有500HV
的硬度。另一個(gè)實(shí)施例在 齒面的表面上和在齒根中具有至少700HV
的表面硬度，其中至少 500HV
的硬度處于齒根中的表面的0.6mm的深度上和至少 500HV
的硬度處于齒面上的表面的0.8mm的深度上。通過制造表面 致密使得能夠相應(yīng)于希望的預(yù)先規(guī)定按照目標(biāo)地調(diào)節(jié)出精確的致密以 及硬化成為可能。
按照本發(fā)明的另 一個(gè)構(gòu)思，該構(gòu)思可以與本公開中的其它特征相獨(dú) 立地和相結(jié)合地使用，提出一種用于設(shè)計(jì)由燒結(jié)材料制成的嚙合齒的毛 坯的計(jì)算方法，其中計(jì)算方法中應(yīng)用了由嚙合齒的預(yù)先規(guī)定的最終形狀 求得的數(shù)據(jù)，依據(jù)最終形狀的至少一個(gè)使用條件求得嚙合齒的一個(gè)或更 多個(gè)負(fù)荷參數(shù)，計(jì)算毛坯的局部的加工余量，該毛坯與毛坯在表面的期 望的致密相關(guān)聯(lián)，其中在表面下面的燒結(jié)材料的負(fù)荷被一 同輸入到計(jì)算 中。
優(yōu)選地，在計(jì)算時(shí)該計(jì)算附加地以刀具在要制造的工件中的擠入為 基礎(chǔ)，其中尤其是在擠入時(shí)和擠入之后可以考慮燒結(jié)材料的特性。例如 該計(jì)算方法規(guī)定，考慮要致密的燒結(jié)材料的彈性變形。該計(jì)算方法也可 以規(guī)定，考慮在表面上要致密的燒結(jié)材料的彈性-塑性變形。優(yōu)選將例 如在工件作為傳力齒輪使用時(shí)在表面下面的最大負(fù)荷的深度應(yīng)用到計(jì) 算方法中。計(jì)算方法此外可以將在燒結(jié)時(shí)燒結(jié)材料的收縮輸入到計(jì)算 中。也可以將憑經(jīng)驗(yàn)求得的數(shù)據(jù)同樣輸入到計(jì)算中。
按照本發(fā)明的另 一個(gè)構(gòu)思，該構(gòu)思可以與本公開中的其它特征相獨(dú) 立地和相結(jié)合地使用，提出 一種用于設(shè)計(jì)對(duì)尤其是由被致密的燒結(jié)材料 制成的嚙合齒的毛坯進(jìn)行表面致密的刀具的計(jì)算方法，以制造出預(yù)先規(guī)
定的齒幾何形狀，其中為了計(jì)算機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)，在考慮用于成形出要制造 的刀具的工件和至少一個(gè)刀具成形裝置的相互關(guān)聯(lián)的機(jī)器軸、它們的耦 聯(lián)的系統(tǒng)坐標(biāo)和它們的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的條件下，迭代地 一 同輸入由預(yù)先規(guī)定 的、要制造的齒幾何形狀求得的數(shù)據(jù)。由此現(xiàn)在存在這樣的可能性，即 不用通過工件成形裝置的重復(fù)的試驗(yàn)、測(cè)量結(jié)果和配合最后找到最終的 形狀，而是借助于迭代計(jì)算進(jìn)行實(shí)施。這大大地節(jié)省了時(shí)間并且可以考 慮非常不同的影響參數(shù)。尤其是也可以模擬設(shè)計(jì)，從而例如可以檢查要
制造的刀具的對(duì)在模擬中設(shè)計(jì)的毛坯的作用方式。
按照一個(gè)實(shí)施例，在要制造的工件和刀具成形裝置之間在嚙合齒的 齒尖和齒根之間的接觸條件應(yīng)用到計(jì)算方法中。優(yōu)選此時(shí)也在嚙合齒的 齒根的區(qū)域中將表面上的最大應(yīng)力一起輸入計(jì)算中。此外存在可能性， 即在嚙合齒的齒面的區(qū)域中將在表面下面的最大應(yīng)力 一起輸入計(jì)算 中。該方法尤其適用于燒結(jié)材料，但是也可以用于鋼工件或由其它材料 制成的工件。
按照本發(fā)明的另 一 個(gè)構(gòu)思，該構(gòu)思可以與本公開中的其它特征相獨(dú) 立地和相結(jié)合地使用，提出 一種具有擠壓幾何形狀的用于制造由燒結(jié)材 料制成的嚙合齒的毛坯的擠壓成形刀具，其中擠壓幾何形狀具有與嚙合 齒的表面致密加工相適配的具有至少一個(gè)隆起的變化曲線，該隆起至少 在毛坯的嚙合齒的區(qū)域產(chǎn)生一個(gè)凹部，該凹部可以用燒結(jié)材料在表面致 密加工時(shí)填充。
優(yōu)選地，在毛坯的 一個(gè)端部上的隆起在嚙合齒的齒的齒頂?shù)膮^(qū)域中 產(chǎn)生 一個(gè)凹部。例如通過迭代計(jì)算可以確定隆起的高度或凹部的深度以 及其它尺寸。另一個(gè)實(shí)施例不是設(shè)置單側(cè)隆起，而是設(shè)置雙側(cè)隆起，以 便在齒的兩個(gè)端部各產(chǎn)生一個(gè)凹部。按照一個(gè)擴(kuò)展方案，隆起布置在幾 何形狀的一個(gè)區(qū)域中，該區(qū)域在毛坯的齒頂上產(chǎn)生一個(gè)凹部，其中該隆 起具有這樣的尺寸，使得成形凹部至少部分地減小了由于通過表面致密 加工將毛坯加工到最終形狀時(shí)齒頂產(chǎn)生的擴(kuò)展。以這種方式可以例如計(jì) 算和尤其是制造具有在嚙合齒的端部上的至少一個(gè)凹部的毛坯，以便在 表面致密加工嚙合齒的工作面時(shí)補(bǔ)償材料堆積。以這種方式也可以計(jì)算 和尤其是制造具有嚙合齒的齒頂上的至少一個(gè)凹部的毛坯，以在表面致 密加工至少嚙合齒的齒面時(shí)至少減小齒頂在高度上的擴(kuò)展。用于確定毛 坯或擠壓成形刀具的幾何形狀的計(jì)算方法優(yōu)選規(guī)定，從毛坯的最終形狀
的數(shù)據(jù)出發(fā)確定幾何形狀和計(jì)算至少一個(gè)凹部或隆起，其至少部分地補(bǔ) 償在表面致密加工時(shí)的材料移動(dòng)。
按照本發(fā)明的另 一 個(gè)構(gòu)思，該構(gòu)思可以與本公開中的其它特征相獨(dú) 立地和相結(jié)合地使用，提出一種用于嚙合齒的表面致密的方法，其中為 了表面致密加工毛坯的表面，迭代地計(jì)算成形刀具的要重復(fù)的致密運(yùn)動(dòng) 的次數(shù)。優(yōu)選迭代地計(jì)算滾壓，直到達(dá)到預(yù)先確定的表面密度。 一種擴(kuò) 展方案規(guī)定，迭代地計(jì)算成形刀具的進(jìn)給。按照一個(gè)實(shí)施例，對(duì)毛坯進(jìn)
行小于20次的滾壓以實(shí)現(xiàn)表面致密加工的最終形狀的預(yù)先規(guī)定的幾何 形狀。優(yōu)選進(jìn)行小于10次滾壓。尤其是對(duì)毛坯進(jìn)行小于6次的滾壓， 直到達(dá)到表面致密加工的最終形狀的預(yù)先規(guī)定的幾何形狀。此時(shí)要考慮 在達(dá)到之后表面致密的結(jié)束還沒有發(fā)生。相反刀具在表面上接著還要多 次地，尤其是小于25次，優(yōu)選小于15次地移動(dòng)。由此保證表面形狀的
精確性。
按照本發(fā)明的另 一個(gè)構(gòu)思，該構(gòu)思可以與本公開中的其它特征相獨(dú) 立地和相結(jié)合地使用，提出一種方法，在該方法中，為了將毛坯致密加 工到表面致密加工的最終形狀在由燒結(jié)材料制成的嚙合齒上實(shí)施反轉(zhuǎn) 的滾動(dòng)。優(yōu)選地，在反向之前通過成形刀具使毛坯短暫地卸載。已經(jīng)證 明，通過該反向，這意味著，通過運(yùn)動(dòng)的反向可以形成較小的致密。此 外，通過在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)反向之前減小刀具作用在工件上的壓力，達(dá)到進(jìn)一 步減少制造中的問題。此時(shí)刀具可以保持與工件接觸。但是也可以短時(shí) 間地與表面脫開。
按照本發(fā)明的另一個(gè)構(gòu)思，該構(gòu)思可以與本公開中的其它特征相獨(dú) 立地和相結(jié)合地使用，提出了一種具有至少一個(gè)由燒結(jié)材料制成的嚙合 齒的工件的表面致密，其中工件的第一表面用與工件的第二表面不同的 方法致密。工件的第 一嚙合齒優(yōu)選具有與工件的第二嚙合齒不同的致 密。 一個(gè)擴(kuò)展方案規(guī)定，對(duì)工件的內(nèi)嚙合齒實(shí)施與工件的外嚙合齒不同 的表面致密。也存在可能性，即外嚙合齒借助于一種滾軋方法被表面致 密，而第二表面是孔，其用另一種方法被表面致密。優(yōu)選地，工件中的 孔在表面致密加工之后獲得被硬化的表面和接著使之達(dá)到最終形狀。這 可以將該孔用于軸或4侖軸。精確度可以通過在嚙合齒硬化之后進(jìn)4亍表面 致密實(shí)現(xiàn)改進(jìn)。
按照本發(fā)明的另 一個(gè)構(gòu)思，該構(gòu)思可以與本公開中的其它特征相獨(dú)
立地和相結(jié)合地使用，提出了 一種具有至少一個(gè)第一嚙合齒和至少一個(gè) 第二嚙合齒的軸，其中由燒結(jié)材料制成的第一嚙合齒被滾軋和被表面致 密。以下給出涉及軸或嚙合齒的特征。此時(shí)尤其是有關(guān)嚙合齒、材料、 制造步驟等等的其它公開內(nèi)容也可以用于其它實(shí)施例。
按照一個(gè)實(shí)施例，該軸具有第二嚙合齒，其按照一種與第一嚙合齒 不同的方法制造。這能夠?qū)崿F(xiàn)多種組合，其為每種負(fù)荷情況規(guī)定了各種 材料的解決方案。按照另一個(gè)實(shí)施例，第二嚙合齒與第一嚙合齒一起形 成一個(gè)工件。例如兩個(gè)嚙合齒可以一起在一個(gè)擠壓機(jī)器中制造。優(yōu)選 地，迭代地計(jì)算和相應(yīng)地制造第一嚙合齒和第二嚙合齒。按照一個(gè)實(shí)施 例，該制造可以相繼地進(jìn)行，但是按照另一個(gè)實(shí)施例也可以同時(shí)進(jìn)行。 這尤其也適用于其它的加工步驟如例如表面致密。
一個(gè)擴(kuò)展方案規(guī)定，第二嚙合齒具有被硬化的沒有表面致密的表 面。對(duì)于一些負(fù)荷情況，通過燒結(jié)實(shí)現(xiàn)的密度或使用的材料所具有的強(qiáng) 度是足夠的。這適用于例如泵的應(yīng)用。
此外已經(jīng)證明是有利的是，至少第一嚙合齒至少在一個(gè)齒上在該齒 的相同的高度上分別具有不同的齒面導(dǎo)程。這在軸的主轉(zhuǎn)動(dòng)方向和尤其 是僅僅一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向是預(yù)先規(guī)定的應(yīng)用中是有利的。由此可以低磨損和 低噪音地設(shè)計(jì)不同的齒面導(dǎo)程。
另一個(gè)實(shí)施例規(guī)定，第二嚙合齒是鍛造的。它可以附加地被表面致 密。該嚙合齒例如可以比第 一 嚙合齒承受更大的力傳遞。
優(yōu)選地，第二嚙合齒由一種不同于第一嚙合齒的材料制成。例如第 二嚙合齒由鋼制成。但是第二嚙合齒也可以用不同于第一嚙合齒的其它 燒結(jié)材料制成。附加地，軸同樣可以用燒結(jié)材料制成。它例如可以具有 與第一嚙合齒相同的材料。軸也可以至少與第一嚙合齒一起形成，亦即 由粉末材料擠壓而成，優(yōu)選在一個(gè)公共的擠壓模具中。
一種用于制造上述軸的示例性的方法也可以規(guī)定，在軸和第一嚙合 齒相互連接起來之前，至少第一嚙合齒獲得表面致密和用于容納該軸的 孔被表面致密，硬化并且接著進(jìn)行珩磨。為此優(yōu)選從帶有第一嚙合齒的 軸的最終形狀出發(fā)進(jìn)行第 一嚙合齒的毛坯的迭代計(jì)算。
這種軸在汽車技術(shù)中和在變速器制造中以及在家用設(shè)備中得到優(yōu) 選的應(yīng)用。
按照本發(fā)明的另 一 個(gè)構(gòu)思，該構(gòu)思可以與本公開中的其它特征相獨(dú)
立地和相結(jié)合地使用，按照本發(fā)明的另一個(gè)構(gòu)思，其可以與本公開中的 其它特征相獨(dú)立地和相結(jié)合地使用，利用了 一種用于制造由燒結(jié)材料制
成的嚙合齒的毛坯，其中該毛坯具有負(fù)的加工余量。優(yōu)選該負(fù)的加工余 量至少布置在嚙合齒的齒的一個(gè)齒面上。負(fù)的加工余量尤其是可以不對(duì) 稱地沿著齒面分布。
一個(gè)擴(kuò)展方案規(guī)定，在齒的每個(gè)齒面上設(shè)置負(fù)的加工余量。例如齒 在相同的高度上具有在第一齒面上的第一負(fù)的加工余量和具有在第二 齒面上的第二負(fù)的加工余量，其中第一齒面和第二齒面相互不對(duì)稱地分 布。
負(fù)的加工余量?jī)?yōu)選設(shè)置在齒的齒頂區(qū)域和齒的齒面上的加工余量 之間。附加地或備選地，負(fù)的加工余量可以布置在齒根的角部區(qū)域中。 此外存在可能性，即一個(gè)齒的齒面的齒面導(dǎo)程是不同的。
除了外嚙合齒或其它的嚙合齒類型以外，也對(duì)內(nèi)嚙合齒這樣的嚙合 齒實(shí)施表面致密。由毛坯最后產(chǎn)生被表面致密的齒輪。
一個(gè)擴(kuò)展方案規(guī)定一種用于制造由燒結(jié)材料制成的嚙合齒的方 法，其中毛坯配置至少一種借助于迭代計(jì)算求得的負(fù)的加工余量，其在 嚙合齒進(jìn)行表面致密時(shí)至少部分地通過燒結(jié)材料的擠移而被填充。優(yōu)選 地，與負(fù)加工余量相鄰的加工余量材料被擠入負(fù)的加工余量中。毛坯可 以凈皮表面致密加工到要求的最終形狀，其中可選擇地進(jìn)4于硬化和/或表面 精加工。這可以事先進(jìn)行或者在表面致密加工之后進(jìn)行。作為精加工可 以考慮珩磨以及磨削。
優(yōu)選通過迭代計(jì)算實(shí)現(xiàn)負(fù)加工余量的形狀，其中求得在毛坯上的表 面致密的模擬，是否相鄰的加工余量在它的形狀上是這樣設(shè)計(jì)的，即負(fù)
的加工余量可以在追求的最終輪廓方向上被整平(geglattet)。為此提 供了用于對(duì)嚙合齒的表面致密進(jìn)行計(jì)算和/或?qū)嵤┑臋C(jī)器，其中可以輸入 計(jì)算的運(yùn)動(dòng)學(xué)，借助于它通過表面致密，嚙合齒的齒面上的負(fù)的加工余 量可以整平到追求的最終輪廓。
按照本發(fā)明的另 一 個(gè)構(gòu)思，該構(gòu)思可以與本公開中的其它特征相獨(dú) 立地和相結(jié)合地使用，建議了一種用于在嚙合齒上制造表面致密的方 法，其中至少兩個(gè)毛坯在一個(gè)裝置中同時(shí)獲得表面致密。
按照一個(gè)實(shí)施例，毛坯布置在平行布置的軸上并且同時(shí)與至少一個(gè) 用于表面致密的刀具嚙合。按照一個(gè)第二實(shí)施例，至少兩個(gè)毛坯布置在一個(gè)7>共軸上并且共同 地與至少一個(gè)用于表面致密的刀具嚙合。
此外建議了一種用于在嚙合齒上制造表面致密的裝置，其中至少兩 個(gè)毛坯為了表面致密可以保持在該裝置中并且可以同時(shí)加工。
例如規(guī)定，設(shè)置至少一個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)，在該運(yùn)動(dòng)中兩個(gè)毛坯與用于表 面致密的刀具嚙合。 一個(gè)擴(kuò)展方案規(guī)定，用于至少兩個(gè)毛坯的至少三個(gè) 軸和至少一個(gè)刀具相互平行地布置和形成一個(gè)三角形，其中至少一個(gè)軸 可以朝著另外兩個(gè)軸運(yùn)動(dòng)。另一個(gè)實(shí)施例規(guī)定，至少兩個(gè)毛坯可以安裝 在一個(gè)公共軸上，其中刀具的長(zhǎng)度大于至少兩個(gè)毛坯的相加的長(zhǎng)度。毛
坯優(yōu)選可以通過它們的端面相互頂4妄在一起。另一個(gè)實(shí)施例^L定，在毛 坯之間設(shè)置一個(gè)間距，其中刀具沿著該軸突出超過毛坯的兩個(gè)外端面。
按照本發(fā)明的另 一個(gè)構(gòu)思，該構(gòu)思可以與本公開中的其它特征相獨(dú) 立地和相結(jié)合地使用，提出了一種具有被表面致密的由燒結(jié)材料制成的 嚙合齒的部件，其中該部件在一個(gè)橫截面上看，具有一種相對(duì)于所使用 的燒結(jié)材料的梯度。
該部件優(yōu)選具有一種梯度，該梯度具有一種階梯函數(shù)。燒結(jié)材料至 少在該區(qū)域中設(shè)有過渡界線。按照一個(gè)實(shí)施例，該過渡界線沿著在第一 和第二燒結(jié)材料之間的整個(gè)面設(shè)置。另一個(gè)實(shí)施例規(guī)定，在一個(gè)區(qū)域中
沒有固定的界線而是設(shè)置一個(gè)逐漸的過渡。尤其是可以規(guī)定，部件具有 不同的燒結(jié)材料，它們相互延伸到對(duì)方中，而沒有明顯的帶上升的或者 下降的梯度的通混區(qū)。
部件的一個(gè)第 一擴(kuò)展方案包括，嚙合齒的燒結(jié)材料具有比部件的連 接在嚙合齒上的區(qū)域的燒結(jié)材料更小的核心密度。部件的一個(gè)第二擴(kuò)展
結(jié)材料更大^核心密度。 ； 、'、" 、
另 一個(gè)實(shí)施例具有一種部件，它具有包括第 一燒結(jié)材料的第 一嚙合
齒和包括第二燒結(jié)材料的第二嚙合齒。
嚙合齒優(yōu)選在一個(gè)齒上在相同的高度上具有不同的齒面嚙合角。 第 一燒結(jié)材料例如可以布置在部件的 一個(gè)外部區(qū)域中和形成嚙合
齒，和第二燒結(jié)材料布置在部件的一個(gè)內(nèi)部區(qū)域中和形成一個(gè)孔。
此外建議一種用于制造在部件上的被表面致密的嚙合齒的方法，其
中在將第二燒結(jié)材料加入之前，將第一燒結(jié)材料放入到一個(gè)模具中，接
著進(jìn)行擠壓和燒結(jié)和借助于嚙合齒的表面致密只對(duì)兩個(gè)燒結(jié)材料中的 一個(gè)燒結(jié)材料進(jìn)行致密加工，而另 一個(gè)燒結(jié)材料沒有受到任何改變。
一個(gè)擴(kuò)展方案規(guī)定，實(shí)施第二表面致密，其只涉及還沒有被表面致 密的燒結(jié)材料。優(yōu)選規(guī)定，第一燒結(jié)材料形成嚙合齒齒面的至少一個(gè)表 面和第二材料形成嚙合齒的底襯。
另 一個(gè)建議的用于在部件上制造被表面致密的嚙合齒的方法規(guī) 定，在將第二燒結(jié)材料加入之前，將第一燒結(jié)材料放入到一個(gè)模具中接 著進(jìn)行擠壓和燒結(jié)和借助于嚙合齒的表面致密對(duì)第一燒結(jié)材料和第二 燒結(jié)材料進(jìn)行致密加工。
為了實(shí)施該方法，在考慮兩個(gè)燒結(jié)材料中的至少一個(gè)燒結(jié)材料的材 料特性下迭代地確定用于表面致密的運(yùn)動(dòng)過程，已經(jīng)證明是有利的。
用于該兩個(gè)方法的一個(gè)擴(kuò)展方案規(guī)定，在該模具，尤其是擠壓模具 和填入的燒結(jié)材料之間產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而燒結(jié)材料依據(jù)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的速 度聚積在模具的一個(gè)外部區(qū)域中。
另外也可以規(guī)定，第一燒結(jié)材料和至少第二燒結(jié)材料至少在一定的 時(shí)間長(zhǎng)度上重疊地加入到模具中。
此外參見US5,903,815。該文獻(xiàn)給出了各種燒結(jié)材料、用于燒結(jié)材
料的條件、模具，關(guān)于加工兩個(gè)或更多燒結(jié)材料的原理、應(yīng)用和方法步 驟。與此相關(guān)地，在本公開的范圍內(nèi)參見該文獻(xiàn)的屬于本發(fā)明的公開內(nèi) 容的內(nèi)容。
按照本發(fā)明的另一個(gè)構(gòu)思建議，尤其是在鍛造的齒輪，鏈輪或齒環(huán) 的情況下該制造方法除了嚙合齒的表面致密化步驟以外還設(shè)置對(duì)被致 密的齒面和/或齒根的磨削或珩磨。優(yōu)選通過鍛造實(shí)現(xiàn)至少7.6g/cm3的密 度作為核心密度。表面致密加工因此可以達(dá)到嚙合齒的完全致密和/或形 狀的精確性。 一個(gè)擴(kuò)展方案規(guī)定，對(duì)于在表面致密加工之后的材料減少 的加工步驟，用于該步驟的加工余量在比最終尺寸多出4jim至8(im材 料的范圍上。如果不采用鍛造而是進(jìn)行擠壓，燒結(jié)和硬化，尤其是滲物 式表面硬化，那樣供在表面致密加工之后使用的加工余量對(duì)于珩磨為優(yōu) 選30pm至50nm和對(duì)于磨削為50pm至0.3mm，優(yōu)選O.lmm至0.2mm。
通過迭代計(jì)算使得區(qū)域和加工余量可以預(yù)先確定和以后也因此能夠在 方法中轉(zhuǎn)換。對(duì)于在齒輪，鏈輪或齒環(huán)中孔優(yōu)選同樣設(shè)置表面致密，隨 后是進(jìn)行硬化和接著優(yōu)選進(jìn)行珩磨。孔可以為此同樣在表面致密加工之
后具有在3(Vm和50fxm之間的加工余量。
在表面致密加工時(shí)進(jìn)行潤(rùn)滑，則產(chǎn)生了另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。除了利用乳化 液以外尤其也可以用油潤(rùn)滑。該油優(yōu)選用于熱滾軋，例如在高于220°C 的溫度下。此外建議，在50(TC和60(TC之間的溫度下實(shí)施熱滾軋，其 中優(yōu)選利用油冷卻，以便一方面進(jìn)行潤(rùn)滑，另一方面也冷卻刀具。
以下對(duì)照附圖通過示例詳細(xì)描述本發(fā)明。但是設(shè)計(jì)這些示出的實(shí)施 例不是用于限制本發(fā)明的范圍和細(xì)節(jié)。相反由附圖中得到的特征不局限 于各個(gè)實(shí)施例。而是這些特征可以與各個(gè)其它的在附圖中和/或在說明書 中包括在


中給出的特征分別組合成沒有詳細(xì)示出的擴(kuò)展方 案。
圖1是滾軋裝置， 圖2是第一齒， 圖3是第二齒， 圖4是第三齒，
圖5至7是各種嚙合式元件的各種加工余量變化曲線， 圖8是第一方法示意圖， 圖9是第二方法示意圖，
圖IO是滾軋刀具的嚙合式元件的加工余量變化曲線， 圖11是在一個(gè)端部上的計(jì)算的凹部的示意圖， 圖12是刀具的計(jì)算的極端情況的示意圖，
圖13是在迭代計(jì)算下的工藝過程的示意圖和在模擬下的邏輯電
路，
圖14是與使用的毛坯的各種初始密度相關(guān)的密度變化曲線的視
圖，
圖15是對(duì)測(cè)定的誤差的概括，該誤差在不同的表面致密化步驟中
出現(xiàn)并且同時(shí)表征材料特性，
圖16是在各種表面致密化步驟下在一個(gè)齒面上的以HV為單位的
硬度變化曲線，
圖17是在各種表面致密化步驟下在一個(gè)齒根部位上的以HV為單 位的硬度變化曲線，
圖18是對(duì)于各種密度的各種計(jì)算的加工余量變化曲線的示意圖， 圖19是可以在迭代計(jì)算中應(yīng)用的參數(shù)的示意表示。
圖1示出了一種示例性的滾軋裝置示意視圖。帶有第一嚙合齒102 的第一滾軋刀具101圍繞第一軸103沿著轉(zhuǎn)動(dòng)方向104可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承。 第一嚙合齒102與毛坯106的第二嚙合齒105嚙合。毛坯106圍繞第二 軸107可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承。相應(yīng)地產(chǎn)生第二轉(zhuǎn)動(dòng)方向108。此外第二嚙合齒 105與第二滾軋刀具110的第三嚙合齒109嚙合。該第二滾軋刀具110 圍繞第三軸111沿著第三轉(zhuǎn)動(dòng)方向U2可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承。第一軸103或第 二軸107例如可以是固定軸，而其它兩個(gè)軸可以實(shí)施進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。例如第 三軸111可以在沿著第一軸103,第二軸107和第三軸111的連線114 的移動(dòng)方向113上移動(dòng)。例如可以進(jìn)行定徑滾軋過程。此時(shí)尤其是齒面 僅僅輕微地被致密和尤其不是齒根被致密。此時(shí)是在要求的區(qū)域中進(jìn)行 表面致密。另一方面，在表面致密時(shí)也可以只是或者附加地齒根被表面 致密。例如為此在滾軋過程期間進(jìn)行在移動(dòng)方向113的方向上的向前移 動(dòng)。尤其是借助于第一和第二滾軋刀具101， IIO也使毛坯106的齒根 區(qū)域被致密。為了調(diào)節(jié)第一和/或第二滾軋刀具110以及為了施加進(jìn)行滾 軋過程必需的壓力設(shè)置了一個(gè)沒有示出的優(yōu)選帶有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)裝 置。由此也可以尤其是施加非常高的壓力。
圖2顯示了一個(gè)沒有示出的所屬的嚙合式元件的第一齒201。該嚙 合式元件涉及齒輪。嚙合式元件或第一齒201的幾何形狀此時(shí)通過此時(shí) 通過第一齒#~圓202，第一齒根節(jié)圓203,第一基圓204和第一齒頂圓 205表征。在第一齒面206上第一齒201在滾軋過程之前具有第一加工 余量變化曲線207。在滾軋過程結(jié)束之后產(chǎn)生第一最終尺寸變化曲線 208，其中相應(yīng)地產(chǎn)生第一被致密的表層209。它示意表示地通過第一致 密界線210限制。該線界定了第一齒201的在其內(nèi)實(shí)現(xiàn)全密度的區(qū)域。
全密度此時(shí)優(yōu)選是相對(duì)于可以比較的粉末鍛造的齒的密度而言的。
圖3顯示了一個(gè)沒有示出的嚙合式元件的第二齒301。該嚙合式元 件同樣涉及齒輪。第二齒301和齒輪通過第二齒頂圓302,第二基圓 303,第二齒根節(jié)圓304和第二齒根圓305表征。為了在第二齒面306 和第三齒面307上實(shí)現(xiàn)相同的致密變化曲線設(shè)置了第二加工余量變化曲 線308和第三加工余量變化曲線309。在滾軋過程之后在第二齒面306 上產(chǎn)生第二最終尺寸變化曲線310和在第三齒面307上產(chǎn)生第三最終尺 寸變化曲線311。此外產(chǎn)生第二致密界線312和第三致密界線313。由 于通過沿著轉(zhuǎn)動(dòng)方向的滾軋運(yùn)動(dòng)在第二齒面306和第三齒面3(T7上產(chǎn)生
的不同的力，使得第二加工余量變化曲線308和第三加工余量變化曲線 309被不同地構(gòu)造。在滾軋過程中力在齒面306， 307上的不同的作用通 過所示的滑動(dòng)速度方向說明。在第二齒面306上產(chǎn)生第一滑動(dòng)速度方向 314和第二滑動(dòng)速度方向315。它們從第二基圓303出發(fā)在第二齒頂圓 302的方向上指向或在第二齒根圓305的方向上指向。相反，在第三齒 面307上產(chǎn)生第三滑動(dòng)速度方向316和第四滑動(dòng)速度方向317，它們是 相互相對(duì)指向的。
圖4顯示了一個(gè)沒有示出的嚙合式元件的第三齒401。該嚙合式元 件同樣涉及齒輪。齒輪和第三齒40也是通過第三齒頂圓402,齒頂節(jié) 圓403,第三基圓404,第三齒根節(jié)圓405以及通過第三齒根圓406表 征。該示出的第三齒401涉及帶有齒頂后縮的、優(yōu)選形式為齒頂?shù)箞A的 嚙合齒。但是在該區(qū)域中的其它幾何形狀也是可能的。此時(shí)在齒頂區(qū)域 401.1中在第三齒頂圓402和齒頂節(jié)圓403之間后縮成一種齒廓。這導(dǎo) 致在該區(qū)域中該齒不與漸開線式的相對(duì)嚙合齒嚙合。在這種情況下，有 效的齒區(qū)域僅僅位于在齒頂節(jié)圓403和齒根節(jié)圓405之間或在齒頂節(jié)圓 403和第三齒根圓406之間的區(qū)域中。在第四致密界線408中的滾軋過 程之后產(chǎn)生第四加工余量變化曲線407。此外在第四齒面409上到達(dá)第 四最終尺寸變化曲線410。
圖5顯示了在沒有示出的嚙合式元件的兩個(gè)相鄰的齒之間的加工余 量變化曲線。該嚙合式元件也涉及齒輪。齒輪和齒通過第四齒根圓502, 毛坯的第四齒根節(jié)圓503，在磨削過程之后的毛坯的第五齒根節(jié)圓504, 在銑削過程之后的第四齒頂圓505和在精整過程之后的第五齒頂圓506 表征。在滾軋過程之后產(chǎn)生第五最終尺寸變化曲線507。在橫坐標(biāo)軸上 標(biāo)出單位為mm的橫向尺寸。在縱坐標(biāo)軸上標(biāo)出相應(yīng)的與其垂直定向的 同樣單位為mm的橫向尺寸。嚙合齒此時(shí)完全在圖平面中延伸。
圖6示出了其它加工余量變化曲線的匯編圖。在橫坐標(biāo)軸上表示沿 著一個(gè)嚙合式元件的齒面線的公稱弧線長(zhǎng)度。該弧線此時(shí)各涉及從第一 齒的齒頂?shù)较噜彽凝X的齒頂?shù)淖兓€。在上方的橫坐標(biāo)軸上相應(yīng)地以 mm表示了相應(yīng)的齒面線的絕對(duì)弧線長(zhǎng)度。左邊的縱坐標(biāo)軸給出了以mm 為單位的加工余量。右邊的縱坐標(biāo)軸描述了所屬的嚙合齒的相應(yīng)的半 徑。示出了第六加工余量變化曲線601,第七加工余量變化曲線602和 第八加工余量變化曲線603。此外示出了相應(yīng)的嚙合齒的所屬的半徑
604。第六加工余量變化曲線601和第八加工余量變化曲線603此時(shí)相 對(duì)于齒根對(duì)稱線605對(duì)稱地構(gòu)造。相反，第七加工余量變化曲線607不 對(duì)稱地構(gòu)造。在齒對(duì)稱基線605附近，即在齒根區(qū)域中，加工余量各具 有局部最小值。由此有利于減小應(yīng)力裂紋的危險(xiǎn)。
圖7示出了另一個(gè)加工余量變化曲線。所示的是第九加工余量變化 曲線，它從左邊的齒頂702到右邊的齒頂703不對(duì)稱地分布。如已經(jīng)在 圖6中所示的，此時(shí)在齒根704區(qū)域中的加工余量也小于第五齒面705 和第六齒面706的區(qū)域中的加工余量。這尤其是用于避免應(yīng)力裂縫。
圖8示出了第一方法示意圖。從目標(biāo)預(yù)先規(guī)定801出發(fā)，其包括幾 何形狀、要傳遞的齒輪扭矩和壓力分布，由第一幾何形狀產(chǎn)生模塊802 產(chǎn)生滾軋刀具的幾何形狀。此外不僅依據(jù)目標(biāo)預(yù)先規(guī)定801而且依據(jù)滾 軋刀具的幾何形狀在第二幾何形狀產(chǎn)生模塊803中產(chǎn)生毛坯的幾何形 狀。在第一模擬模塊804中模擬滾軋過程。此時(shí)不僅模擬滾軋過程的運(yùn) 動(dòng)學(xué)也而且模擬在滾軋過程中產(chǎn)生的致密過程。其中此時(shí)尤其是考慮了 材料的分布，如其例如在圖3示意示出的那樣。塑性變形的模擬此時(shí)例 如借助于有限元法進(jìn)行。這可以與CAD程序耦聯(lián)?？蛇x擇地，可以考 慮用于模擬應(yīng)力的第二模擬模塊805。在該模塊中一方面不僅涉及目標(biāo) 預(yù)先規(guī)定801也而且涉及毛坯的幾何形狀。另一方面第二模擬模塊805 此外能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)求得的毛坯的幾何形狀進(jìn)行修正。尤其是第一幾何形狀 產(chǎn)生模塊802,第二幾何形狀產(chǎn)生模塊803，第一模擬模塊804和必要 時(shí)第二模擬模塊805可以在一個(gè)優(yōu)化回路中重復(fù)實(shí)施。
圖9示出了第二方法示意圖。在第一步驟卯l中產(chǎn)生齒廓903的第 九加工余量變化曲線卯2。接著在第二步驟904中產(chǎn)生第三滾軋刀具906 的第二齒廓905。接著之后在第三步驟卯7中模擬滾軋過程。此時(shí)模擬 第一齒廓903在滾軋刀具905的第二齒廓上的滾軋過程和由此產(chǎn)生的致 密。接著在一個(gè)變化908中必要時(shí)重復(fù)進(jìn)行第一，第二和第三步驟901， 904， 907。
圖10示出了一個(gè)滾軋刀具的嚙合式元件的加工余量變化曲線。所 示的是一個(gè)沒有示出的滾軋刀具的第五齒1002的第十加工余量變化曲 線1001。在第五齒1002的第七齒面1003和第八齒面1004上設(shè)置不同 的加工余量。在第七齒面1003上設(shè)有通過第一箭頭1005表示的材料添 加量。相反在第八齒面1004上設(shè)有通過第二箭頭1006表示的齒后縮
量。加工余量在該示例中是相對(duì)于漸開線嚙合齒的正常的輪廓而言的。
通過兩個(gè)齒面1003， 1004的不對(duì)稱的構(gòu)造，尤其是考慮了由此要被致 密的嚙合式元件的不對(duì)稱的材料負(fù)荷。而且也可以針對(duì)工件的最終形狀 借助于該滾軋刀具實(shí)現(xiàn)一個(gè)齒的兩個(gè)齒面的對(duì)稱的輪廓，為此優(yōu)選在小 于O.lpm的范圍中進(jìn)行補(bǔ)償。
圖11示出了在嚙合齒端部上的計(jì)算的凹部的示意圖。該凹部用于 使通過表面致密實(shí)現(xiàn)的燒結(jié)材料的擠移的增長(zhǎng)和由此伴隨的齒在高度 和/或?qū)挾壬系脑鲩L(zhǎng)至少減至最小，如果不能夠進(jìn)行補(bǔ)償?shù)脑?。凹部的?狀取決于齒的加工余量和偏差。形狀可以迭代地通過計(jì)算方法進(jìn)行優(yōu) 化。進(jìn)行模擬可以估計(jì)毛坯的以后的實(shí)際性能。
圖12示出了用于表面致密的可以計(jì)算的刀具的計(jì)算的極端情況的 示意圖。計(jì)算的出發(fā)點(diǎn)是嚙合齒的左邊的終端幾何形狀。通過考慮滾動(dòng) 條件，加工余量參數(shù)和其它影響因素，可以迭代地求出分別在中間和右 邊示出的刀具形狀。
圖13是在迭代計(jì)算下的操作方法的示意圖和在模擬下的邏輯電 路。從預(yù)先規(guī)定的工件的最終數(shù)據(jù)和它的嚙合齒出發(fā)，可以使機(jī)器運(yùn)動(dòng) 學(xué)模型化。此時(shí)例如從相互相配置的機(jī)器軸出發(fā)。此后通過運(yùn)動(dòng)學(xué)和功 能邏輯電路可以借助于存在的自由度對(duì)要設(shè)計(jì)的刀具進(jìn)行優(yōu)化。此時(shí)再 次參見圖12。那里示出的示例具有相應(yīng)的缺點(diǎn)，例如在中間的視圖情況 下齒根區(qū)域太弱或在右邊的視圖的情況下齒頂形狀太尖。通過附加的影
要i輪廓的刀具輪廓進(jìn)行i^代計(jì)算。對(duì)于用于°制造毛l的刀具，作A出 發(fā)點(diǎn)例如采用用計(jì)算的加工余量求得的終端幾何形狀。
圖14示出了與使用的毛坯的各種初始密度相關(guān)的密度變化曲線的 視圖。如果毛坯的密度在其核心和在向外方向的分布中都是變化的，那 么產(chǎn)生涉及表面致密變化曲線的影響。這由圖M的右邊的圖得出。通 過改變各個(gè)毛坯同樣可以在表面致密之后強(qiáng)烈影響密度變化曲線。因此 原始核心密度以及毛坯的形狀也是迭代和計(jì)算中的重要參數(shù)。
圖15是對(duì)測(cè)定的誤差的示例性的概括，該誤差在不同的表面致密 化步驟中出現(xiàn)并且同時(shí)表征材料特性。該誤差按照DIN"72或DIN3970 的誤差等級(jí)給出。在通過滾軋求出適合的表面致密情況下的一個(gè)重要點(diǎn) 是滾動(dòng)的刀具的輪廓變化。通過應(yīng)用上面的用于毛坯和滾軋刀具的計(jì)算
方法，可以在求出的結(jié)果的基礎(chǔ)上修改滾軋刀具。這在圖15中針對(duì)一 個(gè)具有核心密度為7.3g/cn^的毛坯而示出，該毛坯與沒有修改的一組滾 軋刀具嚙合和被表面致密。對(duì)應(yīng)于滾軋刀具的一個(gè)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，齒輪的幾 何形狀產(chǎn)生變化。其目標(biāo)是達(dá)到要求的最終輪廓，如其被預(yù)先規(guī)定的那 樣。圖15的圖中可以看到不同程度的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的各種狀態(tài)。范例性地 表示，左邊是輪廓角度誤差，中間是完全輪廓形狀誤差和右邊是形狀誤 差。這些是在各制造的齒輪上測(cè)量的。因此例如齒厚減小0.27mm將導(dǎo) 致對(duì)應(yīng)于按照DIN的等級(jí)7的輪廓角度偏差。為了達(dá)到齒厚減小的必需 的最終形狀，則必需有0.4mm的進(jìn)給。但是這導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的誤差的增大。 這意味著，完成的最終輪廓位于必需的質(zhì)量等級(jí)以外的另一個(gè)值上。因 此改變刀具的幾何形狀是必要的。在考慮將得到的值作為輸入值時(shí)則可 以確定新的刀具，再次實(shí)施測(cè)試和這種方式迭代地確定刀具的優(yōu)化的幾 何形狀。通過該計(jì)算可以例如以兩次或也可以只一次迭代就確定刀具的 最終的輪廓。
圖16示出了在一個(gè)嚙合齒的齒面上的以HV為單位的硬度變化曲 線，其在x軸上相對(duì)于與表面的距離(用mm為單元)標(biāo)出。在各種表 面致密化步驟下可以通過適合的加工余量選擇以及進(jìn)給運(yùn)動(dòng)影響硬度 的輪廓變化曲線。例如該輪廓可以至少部分地是凸的或者是凹的。如給 出的，用AVA7- 1表示的毛坯具有比用AVA4-2表示的毛坯更大的加 工余量。兩者具有相反的硬度輪廓變化曲線當(dāng)在第一部分直到達(dá)到 550HV時(shí)AVA7- 1具有更趨于凸的形狀，而AVA4 - 2具有更趨于凹的 變化形狀。在超過550HV之后這種情況產(chǎn)生變化。
圖17是在各種表面致密化步驟下在一個(gè)嚙合齒的齒根部位上的以 HV為單位的硬度變化曲線。由于與齒面加工余量相比此處的加工余量 較小以及由于幾何形狀的情況得到另 一種硬度變化曲線。硬度開始時(shí)較 陡地下降，但是然后以很小的傾斜度過渡到近似于直線的變化。
圖18示出了在最終齒厚的基礎(chǔ)上對(duì)于各種密度的各種計(jì)算的加工 余量變化曲線的示意圖。在y-軸上標(biāo)注了直徑。在x-軸上給出了加 工余量。D一a或d—a表示齒頂節(jié)圓直徑或齒頂圓直徑，0是例如通過在 節(jié)圓上的一個(gè)值的加工余量的規(guī)定值，d一b是齒根圓直徑。A表示基圓 區(qū)域的優(yōu)選值的范圍。B表示一個(gè)臨界區(qū)域，因?yàn)槟抢镆呀?jīng)可能在滾軋 時(shí)出現(xiàn)材料失效。
圖19示出了一些可以用于迭代計(jì)算的參數(shù)的示意表示。其尤其可 以是最大負(fù)荷點(diǎn)。如左邊的圖所示，在齒面上可以出現(xiàn)點(diǎn)蝕損傷。因此 優(yōu)選使用一種比較應(yīng)力變化曲線，在該曲線中滿足最大應(yīng)力出現(xiàn)在表 面之下，尤其是在負(fù)滑轉(zhuǎn)率的區(qū)域中，因此優(yōu)選在給定的基圓直徑d—wl 之下。右邊的圖表示了由于過高的彎曲載荷產(chǎn)生的斷齒。對(duì)于計(jì)算模型 由此得出結(jié)論，即最大齒根負(fù)荷的地點(diǎn)被求出和考慮。這可以例如通過 按照DIN標(biāo)準(zhǔn)的30。切線或者通過按照AGMA的劉易斯拋物線(Lewis -Pambel)求得。對(duì)于比較應(yīng)力優(yōu)選假定最大應(yīng)力出現(xiàn)在表面上。
圖20示出了另一種可能性的示意視圖，如例如可以有至少兩個(gè)毛 坯被同時(shí)壓實(shí)。除了刀具的運(yùn)動(dòng)以外，按照一個(gè)實(shí)施例也可以在刀具的 方向上進(jìn)行毛坯的運(yùn)動(dòng)。此外存在在一個(gè)毛坯軸上布置兩個(gè)或更多個(gè)毛 坯的可能性。
本發(fā)明可以例如應(yīng)用于凸輪軸齒輪，行星齒輪，太陽齒輪，驅(qū)動(dòng)齒 輪，差動(dòng)齒輪，變速器齒輪，離合器齒輪，泵齒輪，直齒齒輪，斜齒齒 輪，電動(dòng)機(jī)，內(nèi)燃機(jī)，調(diào)速傳動(dòng)裝置，外或內(nèi)嚙合齒，直齒或斜齒的外 或內(nèi)圓柱齒輪傳動(dòng)裝置，直齒，斜齒或弧線齒的錐齒輪傳動(dòng)裝置，交錯(cuò) 軸斜齒輪傳動(dòng)裝置或蝸輪蝸桿傳動(dòng)裝置以及陡螺紋軸和陡螺紋輪轂連 接器。另一個(gè)實(shí)施例規(guī)定一個(gè)齒輪由燒結(jié)金屬的制成。另一個(gè)齒輪可以 例如由塑料或另一種材料制成。此外存在可能性，即兩個(gè)齒輪中至少之 一具有覆層，其尤其是起著減小噪音的作用。優(yōu)選也可以制造錐齒斜齒 齒輪副，以由此形成準(zhǔn)雙曲面齒輪傳動(dòng)裝置。該帶有嚙合齒的工件尤其 可以用于汽車技術(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，傳動(dòng)裝置技術(shù)，調(diào)節(jié)裝置，力傳遞裝 置，玩具，精密機(jī)械裝置，家用裝置尤其是移動(dòng)家用裝置等等中。
權(quán)利要求
1.用于制造由被致密的燒結(jié)材料制成的嚙合齒的方法，其中被預(yù)致密的齒坯至少在一個(gè)區(qū)域中借助于迭代地求得的數(shù)據(jù)至少在它的表面上的0.05mm處被致密到它的最終形狀，和至少在一個(gè)至少fHa＝4，F(xiàn)a＝7和Ffa＝7的范圍中實(shí)現(xiàn)最終形狀的質(zhì)量。
2. 按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，考慮一個(gè)迭代參數(shù)， 它涉及在對(duì)齒形表面致密加工時(shí)的材料特性。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，用于確定毛坯的迭代計(jì)算從輸入的數(shù)據(jù)出發(fā)，該數(shù)據(jù)從最終形狀的預(yù)先規(guī)定中獲得。
4. 按照權(quán)利要求l, 2或3所述的方法，其特征在于，使用至少一 個(gè)滾軋刀具，該滾軋刀具具有與以后制造出的最終形狀相同的質(zhì)量。
5. 尤其是按照權(quán)利要求1所述的方法制造的嚙合齒，其中由被致密 的材料制成的嚙合齒附加地被表面致密并且被調(diào)節(jié)到至少在一個(gè)至少 fHa=4, Fa-7和Ff^7的范圍中的嚙合齒的最終形狀的質(zhì)量。
6. 按照權(quán)利要求5所述的嚙合齒，其特征在于，嚙合齒在表面致密 加工之后在沒有進(jìn)行其它的材料減少的再加工步驟下具有最終形狀的 該質(zhì)量。
7. 按照權(quán)利要求5或6所述的嚙合齒，其特征在于，帶有嚙合齒的 工件具有一個(gè)至少7.4g/cn^的核心密度和一個(gè)在齒面的至少一個(gè)區(qū)域中 是最大的表面密度，其中最大的表面密度在該區(qū)域中延伸至少0.02pm 的深度。
8. 在嚙合齒上制造表面致密的裝置，其中該裝置依據(jù)迭代求得的數(shù) 據(jù)按照權(quán)利要求1所述的方法實(shí)施表面致密。
9. 計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其具有儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)可讀的介質(zhì)上的程序編碼 機(jī)構(gòu)，以便當(dāng)該程序?qū)嵤┑接?jì)算機(jī)中時(shí)實(shí)施如權(quán)利要求1至4中至少之 一所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用致密化的燒結(jié)材料制造嚙合齒的方法，其中采用迭代獲得的數(shù)據(jù)將預(yù)致密的齒坯至少在一個(gè)區(qū)域上在其表面上的至少0.05mm處致密加工到其最終形狀，和獲得至少在一個(gè)范圍為至少f_Ha＝4，F(xiàn)_a＝7和F_fa＝7上的最終形狀的質(zhì)量。
文檔編號(hào)B22F5/08GK101193716SQ200680020516
公開日2008年6月4日 申請(qǐng)日期2006年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月10日
發(fā)明者G·科特霍夫 申請(qǐng)人:Gkn金屬燒結(jié)控股有限責(zé)任公司