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申请/专利权人：西北工业大学

摘要：本发明提供了一种弧齿锥齿轮半增量式滚轧方法，首先，控制模具轮与轮坯强制啮合，并在特定的角度范围内往复旋转，同时模具轮沿轴向进给，待进给量满足滚轧要求后停止进给，完成往复增量式滚轧阶段；然后，控制模具轮和轮坯连续单向旋转，使轮坯材料直接填充满模具轮齿槽，从而形成弧齿锥齿轮，完成定量式滚轧阶段。本发明采用往复增量式滚轧方法完成滚轧进给，有效避免进给阶段齿顶金属累积产生突耳缺陷，而滚轧成形阶段无进给运动，轮坯材料可直接将齿槽填充饱满，充分利用了模具轮齿槽底部表面限制金属流动，进一步优化滚轧过程，实现无突耳、无折叠滚轧成形，且滚轧过程简单，易于实现。

主权项：1.一种弧齿锥齿轮半增量式滚轧方法，其特征是在于，包括以下步骤：第一步、滚轧轮坯（14）设计步骤：首先将轮坯（14）划分为体积增大区域和体积减小区域，轮坯（14）的基本设计参数包括小端截面圆（102）的半径、大端截面圆（104）的半径、过渡截面圆（103）的半径、体积增大区域的锥角、体积减小区域的锥角、体积增大区域的厚度、轮坯（14）的总厚度，根据塑性变形等体积原则，即轮坯（14）的体积与待滚轧成形弧齿锥齿轮（101）的体积相等，则轮坯（14）的体积计算公式为， ，式中，为体积增大区域的体积，为体积减小区域的体积，为轮坯的体积，为待滚轧成形弧齿锥齿轮（101）的体积，待滚轧成形弧齿锥齿轮（101）的体积通过建模软件建模获得，则体积增大区域的体积计算公式为， ，式中，为轮坯的总厚度，其值与待滚轧成形弧齿锥齿轮（101）的齿宽相等；体积减小区域的体积计算公式为， ，以轮坯截面圆（106）为分割基准，待滚轧成形弧齿锥齿轮任意截面（105）的齿形被分割为上齿形A和下齿形B两部分，齿槽被分割为上齿槽C和下齿槽D两部分，轮坯截面圆（106）的半径决定待滚轧成形弧齿锥齿轮任意截面（105）的A、B、C、D四部分的面积，体积增大区域任意截面的D部分面积大于等于A部分的面积，体积减小区域任意截面的D部分面积小于等于A部分的面积；待滚轧成形弧齿锥齿轮任意截面（105）的A部分的面积和D部分的面积的差与D部分的面积的比值称为面积变化率，则面积变化率的计算公式为， ，待滚轧成形弧齿锥齿轮任意截面（105）的A部分和D部分的面积的计算公式为， ，式中，、为待滚轧成形弧齿锥齿轮任意截面（105）的齿廓点坐标，为齿廓离散点的序号，为齿廓离散点的数量，为轮坯截面圆（106）的半径；当体积增大区域靠近轮坯的小端（203）时，体积增大区域的锥角、体积减小区域的锥角、小端截面圆（102）的半径、大端截面圆（104）的半径、过渡截面圆（103）的半径之间的关系为， ，当体积增大区域靠近轮坯的大端（201）时，体积增大区域的锥角、体积减小区域的锥角、小端截面圆（102）的半径、大端截面圆（104）的半径、过渡截面圆（103）的半径之间的关系为， ，轮坯设计参数小端截面圆（102）的半径通过自定义小端截面处的面积变化率并根据面积变化率的计算公式和待滚轧成形弧齿锥齿轮任意截面（105）的A部分和D部分的面积的计算公式计算获得，过渡截面圆（103）的半径通过自定义过渡截面处的面积变化率并根据面积变化率的计算公式和待滚轧成形弧齿锥齿轮任意截面（105）的A部分和D部分的面积的计算公式计算获得，体积增大区域的厚度通过自定义获得，则体积增大区域的锥角、体积减小区域的锥角和大端截面圆（104）的半径通过联立轮坯（14）的体积计算公式、体积增大区域的体积计算公式、体积减小区域的体积计算公式和体积增大区域的锥角、体积减小区域的锥角、小端截面圆（102）的半径、大端截面圆（104）的半径、过渡截面圆（103）的半径之间的关系公式计算获得；第二步：确定模具轮旋转方向，在滚轧过程中，模具轮（15）的旋转方向决定轮坯（14）金属沿齿向的流动方向，即模具轮（15）的旋转方向必须保证轮坯（14）金属沿齿向由体积增大区域流向体积减小区域，则模具轮（15）的旋转方向与轮坯（14）金属流动方向的关系为，当模具轮（15）的旋转方向为从轮坯（14）的小端（203）啮入从大端（201）啮出时，体积增大区域靠近小端（203），轮坯（14）金属先沿齿高方向（202）流动，再沿齿向方向从小端（203）流向大端（201）；当模具轮（15）的旋转方向为从轮坯（14）的大端（201）啮入从小端（203）啮出时，体积增大区域靠近大端（201），轮坯（14）金属先沿齿高方向（202）流动，再沿齿向方向从大端（201）流向小端（203）；第三步：确定滚轧工艺参数，滚轧的工艺参数主要包括进给量、进给速度、模具轮（15）的转速、轮坯（14）的转速、轮坯（14）的加热温度，其中进给量通过待滚轧成形弧齿锥齿轮（101）与其配对啮合的弧齿锥齿轮的安装距确定， ，式中，为加工设备未发生进给运动时模具轮（15）底部端面距轮坯中心轴的距离，为待滚轧成形弧齿锥齿轮（101）与其配对啮合的弧齿锥齿轮的安装距；所述的进给速度、模具轮（15）的转速和轮坯（14）的转速的选择根据滚轧过程所需的时间进行确定；第四步：弧齿锥齿轮往复增量式进给滚轧，首先控制第一驱动电机（9）与第二驱动电机（10）定转速比往复旋转，转速比为模具轮（15）和待滚轧成形弧齿锥齿轮（101）的齿数比，实现模具轮（15）和轮坯（14）强制啮合，同时通过控制驱动滚轧丝杠传动机构（11）的伺服电机（12）实现模具轮（15）的进给运动，模具轮（15）绕其轴线往复旋转，往复旋转的角度为，轮坯（14）绕其轴线往复旋转，往复旋转的角度为，同时模具轮（15）进给运动，当模具轮（15）的进给量达到，往复增量式滚轧阶段完成；往复增量式进给阶段的往复旋转角度需要保证滚轧成形的齿面金属在齿顶无法累积形成突耳成形缺陷，往复旋转角度的范围为： ，式中，为待滚轧成形弧齿锥齿轮（101）的齿数，为与待滚轧成形弧齿锥齿轮（101）配对啮合的弧齿锥齿轮的齿数；第五步：弧齿锥齿轮定量式滚轧，模具轮（15）进给量位置保持不变，轮坯（14）连续单向旋转完成定量式滚轧。

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