錐形滾壓輪結(jié)構(gòu)設(shè)計及其齒輪滾軋成形工藝研究.pdf

1、齒輪滾軋成形工藝是一種先進(jìn)的齒輪塑性成形工藝，其原理是帶齒形的滾壓輪通過展成運動（也稱范成運動）和徑向進(jìn)給運動對坯料連續(xù)滾壓成形齒輪。齒輪滾軋工藝具有原材料消耗少、生產(chǎn)效率高、成形力小、齒輪力學(xué)性能好等特點，具有較好的發(fā)展前景。由于工藝本身的特點，滾軋過程中難以改變滾壓輪的結(jié)構(gòu)，對成形過程中產(chǎn)生的“突耳”等缺陷，只能通過優(yōu)化工藝參數(shù)和坯料預(yù)成形等方式進(jìn)行改善，無法實現(xiàn)徹底消除。針對傳統(tǒng)齒輪滾軋工藝中存在的不足，本文提出了一種新型的齒輪滾

2、軋方法—錐形滾壓輪齒輪滾軋工藝，采用軸向齒形結(jié)構(gòu)不同的錐形滾壓輪，通過坯料的軸向送進(jìn)代替?zhèn)鹘y(tǒng)滾軋工藝中滾壓輪的徑向進(jìn)給，完成齒輪滾軋過程。
　　根據(jù)坯料軸向送進(jìn)過程中錐形滾壓輪的滾軋作用特點，將錐形滾壓輪結(jié)構(gòu)沿軸向分為三個階段:咬入分齒階段、齒形成形階段、齒形精整階段。根據(jù)滾軋過程中坯料不發(fā)生軸向流動的原則，給出了坯料厚度確定的依據(jù)，并推導(dǎo)了等體積法計算坯料直徑的公式。根據(jù)滾壓輪各階段的作用，對滾壓輪的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了精確設(shè)計。咬入分齒

3、階段，為了保證坯料軸向送進(jìn)時順利咬入，滾壓輪入口端是一個類似“入模角”的結(jié)構(gòu)，為了保證均勻分齒，“入模角”后面有一段齒頂較尖的齒形，根據(jù)分齒均勻性推導(dǎo)了其最小齒頂圓半徑計算公式;齒形成形階段是一段類似錐齒輪的齒形，分為大端面和小端面，小端面與咬入分齒階段相連沿軸向逐漸增加到與齒形精整階段相連的大端面，并通過幾何分析和數(shù)值計算推導(dǎo)了大端面齒頂圓直徑、齒頂圓角、分度圓壓力角的計算公式;齒形精整階段，滾壓輪和目標(biāo)齒輪對滾，在齒形節(jié)距保持不變的

4、條件下，齒形齒頂圓直徑逐漸減小到標(biāo)準(zhǔn)嚙合尺寸。
　　以模數(shù)m=1，齒數(shù)z=31，壓力角α=20°的齒輪作為目標(biāo)齒輪，建立了軸向進(jìn)給齒輪滾軋有限元模型，采用DEFORM-3D軟件對坯料軸向送進(jìn)的錐形滾壓輪齒輪滾軋成形過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。分析了各階段齒形形貌的變化規(guī)律、成形載荷的變化規(guī)律、金屬的流動規(guī)律、應(yīng)變的分布規(guī)律。分析了“突耳”的形成機(jī)理及成形階段滾壓輪錐面角度對金屬流動、成形載荷、成形質(zhì)量的影響，確定了本文所研究的目標(biāo)齒輪滾軋

5、成形錐形滾壓輪成形階段最理想的錐面角度為10°。
　　針對導(dǎo)致齒輪滾軋過程中齒形“突耳”的金屬流動不均勻和齒形“突耳”長高得不到抑制等原因，分別對成形階段滾壓輪齒頂圓和齒根圓尺寸進(jìn)行了修正。將齒頂圓尺寸由線性增加的方式修正為分段多次增加的方式，按照先多后少的原則，每段進(jìn)給量占總進(jìn)給量的百分比依次為40％、30％、20％、10％，對成形階段滾壓輪齒頂圓進(jìn)行修正。根據(jù)滾壓輪壓下量和坯料長出量相等原則，推導(dǎo)了滾軋過程中能夠抑制突耳長高的

6、成形階段滾壓輪齒根圓尺寸變化公式，對齒根圓進(jìn)行修正。分別采用齒頂圓和齒根圓尺寸修正的錐形滾壓輪進(jìn)行齒輪滾軋成形過程數(shù)值模擬，結(jié)果表明，齒頂圓修正的錐形滾壓輪能夠使齒形勻速生長但無法抑制“突耳”，齒根圓修正的錐形滾壓輪不僅能夠達(dá)到“突耳”的目的，而且其精整階段與目標(biāo)齒輪的對滾糾正了目標(biāo)齒輪滾軋過程中產(chǎn)生的齒形彎曲，改善了目標(biāo)齒輪齒廓不平度。
　　設(shè)計并加工了一套坯料可軸向送進(jìn)的錐形滾壓輪齒輪滾軋成形實驗裝置，采用齒根圓尺寸修正前后的