一种改善齿形突耳缺陷的齿轮滚轧成形方法技术

一种改善齿形突耳缺陷的齿轮滚轧成形方法，用至少一个模数和压力角与成形齿轮相同的滚压轮对坯料进行滚轧，各个滚压轮同向旋转并沿坯料径向进给，在滚压轮滚轧的同时，用一个圆柱轮对坯料逐渐成形的齿形齿顶进行碾压，随着齿形齿顶沿径向逐渐长高，圆柱轮逐渐进行径向回退运动，滚圆齿形齿顶滚轧中形成的突耳，获得齿顶相对平整的无突耳或者小突耳的成形齿轮。该方法在原滚轧过程中施加一个圆柱轮来同步碾平齿形齿顶出现的突耳，过程简便，易于实现，成形后质量好，免除或大幅减小额外的切除突耳的机械加工，节省材料，显著提高圆柱齿轮滚轧成形的生产效率，并降低生产成本。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，用至少一个模数和压力角与成形齿轮相同的滚压轮对坯料进行滚轧，各个滚压轮同向旋转并沿坯料径向进给，在滚压轮滚轧的同时，用一个圆柱轮对坯料逐渐成形的齿形齿顶进行碾压，随着齿形齿顶沿径向逐渐长高，圆柱轮逐渐进行径向回退运动，滚圆齿形齿顶滚轧中形成的突耳，获得齿顶相对平整的无突耳或者小突耳的成形齿轮。该方法在原滚轧过程中施加一个圆柱轮来同步碾平齿形齿顶出现的突耳，过程简便，易于实现，成形后质量好，免除或大幅减小额外的切除突耳的机械加工，节省材料，显著提高圆柱齿轮滚轧成形的生产效率，并降低生产成本。【专利说明】
本专利技术涉及一种滚轧渐开线齿轮成形方法，属于轧制成形
。
技术介绍
齿轮是近代机器中最常见的机械元件之一，是机械产品的重要基础零部件。目前 齿轮的主要生产工艺是切削加工与精密锻造成形等。 圆柱齿轮的精密锻造成形工艺基本上是采用镦挤方法，这种封闭的成形方法使得 金属毛坯在成形接近终了阶段的流动受到极大的限制，材料的变形抗力急剧上升，导致齿 廓充填不完满、所需设备吨位大、模具工况恶劣、出模困难等。 轧制成形是一种连续的局部加载局部变形的回转塑性成形工艺，变形力显著降 低，连续的回转运动也使得对模具的冲击作用较小，几乎不存在模锻成形出现的出模困难 等问题。齿轮滚轧工艺体现了轧制成形方式的优势和齿轮锻造成形技术的优点，目前主要 有两种基本成形方法：齿条滚轧成形及滚压轮滚轧成形。其中，滚压轮滚轧成形工艺更具有 头用性。 滚压轮滚轧工艺原理如图1所示，一对（或三个或更多）参数相同的滚压轮平行 安装在两根主轴上，在传动机构的驱动下做同向和同步旋转。工件以其两端中心孔定位，始 终与两个滚压轮处于自由对滚状态。在液压系统提供的滚压力作用下，两个滚压轮径向进 给接触并挤压工件。随着挤入量的增加，工件外圆部分的金属在滚压轮间借助范成运动形 成齿形，直至滚轧出整个齿轮结构。 齿轮滚轧成形典型的缺陷有如图2所示的齿形突耳、齿腹线不对称及端部鼓形 等，其中突耳缺陷是齿轮滚轧成形工艺中最严重的质量缺陷，是在齿形的顶部两侧形成的 突起。突耳现象是由于在滚轧过程中与滚压轮接触的表层坯料流动较快而逐渐累积形成 的，是齿轮滚轧成形变形方式下固有的变形特征。需要通过机械加工切除突耳。通过工艺 参数调配，难以显著改善或消除齿形突耳现象。有报道提出，采用逆向旋转滚压轮来减小凸 耳的方法并对其进行了模拟研究，结果对突耳程度改善不大。
技术实现思路
本专利技术针对现有齿轮滚轧成形技术中因其模具与坯料之间以啮合方式做范成运 动造成的齿形突耳缺陷，提供一种简单方便、成本低、切实有效的改善齿形突耳缺陷的齿轮 滚轧成形方法。 本专利技术的改善齿形突耳缺陷的齿轮滚轧成形方法，是： 用至少一个模数和压力角与成形齿轮相同的滚压轮对坯料进行滚轧，各个滚压轮 同向旋转并沿坯料径向进给，在滚压轮滚轧的同时，用一个圆柱轮对坯料逐渐成形的齿形 齿顶进行碾压，随着坯料齿形齿顶沿径向逐渐长高，圆柱轮逐渐进行径向回退运动，滚圆齿 形齿顶滚轧中形成的突耳，获得齿顶相对平整的无突耳或者小突耳的成形齿轮。 圆柱轮的径向回退运动轨迹根据滚轧成形中滚压轮的径向进给量 按照齿形材料体积分配量引起的齿顶圆尺寸变化而获得，该运动轨迹由公式ctga?h2-bh+aVQ ?t+VQ2 ?ctga?t2 = 0确定，其中h为圆柱轮由起始位置径向回退的位 移量（也是坯料齿形长高量），％为滚压轮的径向进给速度，t为滚压轮滚轧时间，a为以 成形齿轮的齿顶宽a为上底、齿根宽b为下底、齿高H为高度组成的等腰梯形的下底角，由 此公式得到滚轧过程中某个时刻圆柱轮的位置。 本专利技术在原滚轧过程中施加一个圆柱轮来同步碾平齿形齿顶出现的突耳，过程简 便，易于实现，成形后质量好，免除或大幅减小额外的切除突耳的机械加工，节省材料，显著 提高圆柱齿轮滚轧成形的生产效率，并降低生产成本。 【专利附图】【附图说明】 图1是现有滚压轮滚轧成形原理示意图。 图2是滚压轮滚轧成形存在的突耳缺陷示意图。 图3是本专利技术带有圆柱轮的齿轮滚轧成形原理示意图。 图4是本专利技术在滚轧前的状态示意图。 图5是本专利技术滚轧四分之一圈的示意图。 图6是本专利技术滚轧半圈的示意图。 图7是本专利技术圆柱轮的径向回退运动轨迹的公式推导示意图。 【具体实施方式】 如图3所示，本专利技术的改善齿形突耳缺陷的齿轮滚轧成形方法，是用至少一个或 多个（图中设置两个）模数和压力角与成形齿轮相同的滚压轮对坯料进行滚轧，滚压轮 一边旋转，一边径向进给，各滚压轮的转动方向相同，上述过程与现有的滚压轮滚轧工艺一 样。本专利技术与现有滚压轮滚轧工艺不同之处在于，本专利技术在通过滚压轮对坯料滚轧的同时， 用一个圆柱轮对坯料进行碾压，滚轧成形过程中控制圆柱轮的径向回退运动，对逐渐成形 的齿形齿顶进行滚圆，碾平滚轧中形成的齿顶突耳，达到抑制或消除齿形突耳缺陷的目的， 获得齿顶相对平整的无突耳或者小突耳的成形齿轮，无需或大幅减小切除突耳的机械加 工。圆柱轮绕其中心的回转运动处于自由状态，在坯料带动下被动转动。 滚轧前，如图4所示，圆柱轮与坯料处于接触状态，两侧滚压轮进行径向进给并顺 时针旋转，带动坯料逆时针转动转，同时坯料带动圆柱轮进行顺时针旋转。当坯料旋转1/4 圈时，如图5,圆柱轮与坯料外圆出现的齿形接触并施压，同时进行径向回退运动，坯料旋转 半圈后的齿形如图6所示，经过圆柱轮的碾压，滚轧出现的些许突耳得到了碾平。图3为滚 轧期间的齿形状态。圆柱轮在滚压轮滚轧过程中处于自由滚动状态，在坯料旋转1/4圈之 后，其径向位置根据滚轧成形中滚压轮的径向进给速度按照齿形材料体积分配量引起的齿 顶圆尺寸变化而进行控制。 圆柱轮径向回退运动轨迹如图7所示，其中，图7(a)为一个完整的渐开线齿形，图 7(b)为渐开线齿形简化的梯形，图7(c)为滚压轮渐开线齿形简化的梯形。图中齿顶宽a、 齿根宽b和齿高H根据齿形参数为已知量，以齿顶宽a为上底、齿根宽b为下底和齿高H为 高度组成一个等腰梯形，该梯形的下底角a可由a、b、H计算得到。假设滚压轮的径向进给 速度为％，图（c)中滚压轮以％的速度径向进给，在t时间内滚压轮进给深度为VJ，同时 坯料齿形长高，长高量为h(如图（b))，坯料齿形长高量也是圆柱轮由起始位置径向回退的 位移量（圆柱轮径向回退量）。在随后的dt时间滚压轮又进给了Ldt(如图（C))，坯料齿 形相应长高dh(如图（b))。滚压轮在dt时间内挤入坯料的面积为Sft，坯料齿形长高的面 积为Ss。根据塑性成形体积不变原则，坯料挤入和挤出的材料体积相等，即Sft=Ss。 由图（c)，根据几何关系可得： 【权利要求】1. ，其特征是： 用至少一个模数和压力角与成形齿轮相同的滚压轮对坯料进行滚轧，各个滚压轮同向 旋转并沿坯料径向进给，在滚压轮滚轧的同时，用一个圆柱轮对坯料逐渐成形的齿形齿顶 进行碾压，随着齿形齿顶沿径向逐渐长高，圆柱轮逐渐进行径向回退运动，滚圆齿形齿顶滚 轧中形成的突耳，获得齿顶相对平整的无突耳或者小突耳的成形齿轮。2. 根据权利要求1所述改善齿形突耳缺陷的齿轮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善齿形突耳缺陷的齿轮滚轧成形方法，其特征是：用至少一个模数和压力角与成形齿轮相同的滚压轮对坯料进行滚轧，各个滚压轮同向旋转并沿坯料径向进给，在滚压轮滚轧的同时，用一个圆柱轮对坯料逐渐成形的齿形齿顶进行碾压，随着齿形齿顶沿径向逐渐长高，圆柱轮逐渐进行径向回退运动，滚圆齿形齿顶滚轧中形成的突耳，获得齿顶相对平整的无突耳或者小突耳的成形齿轮。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王广春，李锦，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37