3综述圆柱齿轮热滚压成型机2.doc

第一章 圆柱齿轮热滚压成型机的成型方法 1.1 引言 直齿圆柱齿轮是传递运动和动力的最基本零件之一，在工程领域，特别是在汽车及制造业有着非常广泛的应用。直齿圆柱齿轮不仅形状复杂，而且尺寸精度、表面质量及综合力学性能均要求很高。目前，国内直齿圆柱齿轮生产大多采用传统的切削加工方法，材料利用率低，生产效率低，产品成本高，同时由于金属纤维被切断从而降低了齿轮强度和使用寿命。直齿圆柱齿轮精密塑性成形是一种少无切削加工的新技术，精密塑性成形的最终目的是成形出完整齿形而齿面不需后续切削加工或仅留有少许精加工余量。与传统的切削加工工艺相比，直齿圆柱齿轮精密塑性成形具有节材、节能、低成本、高效率等显著优势，成形后的纤维组织沿齿形均匀连续分布，提高了其力学性能。直齿圆柱齿轮精密塑性成形技术正日益受到人们的重视，已经成为当前各国普遍关注的前沿性研究课题。 1.2直齿圆柱齿轮精密塑性成形方法 1.2.1直齿圆柱齿轮热精锻成型 直齿圆柱齿轮热精锻是由热模锻发展起来的一种成形方法，其特点是变形抗力小，但质量也较低，主要适合大厚度（齿厚＞20mm）齿轮的成形。成形过程的主要问题是保证齿轮（特别是齿腔上角部）的充和提高质量精度 1.2.2直齿圆柱齿轮冷精锻成型 直齿圆柱齿轮冷精锻是在冷锻基础上发展起来的，因成形时不需加热坯料，成形零件具有表面质量好、尺寸精度高等特点，但成形时材料的温度低、变形抗力高、流动性差，致使锻造载荷陡增，齿形充满困难，模具变形磨损严重，寿命低，阻碍了这一工艺的推广。冷精锻成形的主要问题是如何保证齿腔角隙充满的条件下降低工作压力。 1.2.3直齿圆柱齿轮冷挤压成型方法 直齿圆柱齿轮冷挤压在齿轮精锻成形中常与冷锻结合（即冷挤锻），应用较为广泛。在国外（如英、德、日本）直齿轮尤其是汽车齿轮大都采用冷挤锻成形，齿轮质量可稳定在 GB11365 中的 7 级以上。但冷挤压成形成形力大，而且大批量生产需采用力—行程图与冷挤锻金属变形过程所需的力—行程曲线一致的专用设备，在我国由于专用设备的缺乏，应用较少。我国冷挤压成形齿的研究主要采用正挤压方法，并考虑分流原理，主要用于成形薄片齿轮和小齿轮 1.2.4直齿圆柱齿轮热锻—冷推挤成形 直齿圆柱齿轮热锻的精度低，变形力小，成形质量高；冷锻的精度高，成形力高，成形困难。青岛建筑工程学院田福祥等对直齿圆柱齿轮热精锻进行了深入研究，开发了直齿圆柱齿轮热精锻和冷推挤联合成形工艺，集中了热锻变形抗力小和冷锻变形精度高的优点，避免了热锻精度低和冷锻变形抗力大的缺点，可提高热锻模的寿命，生产的齿轮可达到 9 级以上。但主要成形过程为热成形，对齿轮性能（如强度）的提高，没有冷锻成形好 1.2.5 直齿圆柱齿轮温锻成形 为了进一步提高齿轮的质量，近年来在冷塑性成形基础上迅速发展起来的一种塑性成形新工艺———温锻成形。该工艺成形了零件质量好，精度高，且能成形形状复杂的零件，若最后增加一个冷整形工步，则可获得与冷成形相同的尺寸精度和表面质量。 1.3范成法加工齿轮 三维设计软件中的齿轮建模方法很多,主要以绘制渐开线轮廓通过拉伸成形的方法为主,建模过程主要集中在渐开线工作齿廓曲线的绘制上。建模方法始终存在建模精度和建模速度无法良好统一的问题。特别是无法精确得到实际齿轮加工成形后所特有的非渐开线轮廓,齿轮模型的齿廓形状与实物齿轮的齿廓形状存在一定误差。真实渐开线齿轮除含有必须的渐开线齿廓部分外,还一定存在齿根的过渡曲线,而这部分非渐开线的过渡曲线很大程度也影响着齿轮传动性能和工作能力。结合CATIA先进的工程知识模块及几何体的布尔运算功能,在虚拟环境下模拟渐开线齿轮的加工过程,进行参数化的设计,为齿轮的设计、制造、分析及二次开发应用提供精确数字化模型。 1 齿廓切制的基本原理 齿轮齿廓的制造方法有铸造法、热轧法、冲压法、模锻法、粉末冶金法和切制法[1]。切制法是利用齿轮加工刀具切除被加工齿坯的多余齿槽金属的方法,根据原理的不同又有仿形法和范成法两种。范成法是根据一对齿轮啮合传动,两轮齿廓互为共轭曲线的原理来实现加工,具体的加工方法有插齿、滚齿、剃齿、磨齿等。其中齿条插刀插齿法的原理为:齿条上下来回运动完成切削主运动;同时齿坯相应旋转,齿条刀具移动模拟齿轮与齿条的啮合运动;另外还需要刀具做必要的进给运动,齿坯做让刀运动,如图1所示。本文采用齿条插刀插齿法在CAT-IA中进行建模设计。 一个精确的渐开线齿轮的轮齿齿廓由齿顶曲线、渐开线工作齿廓、齿根过渡曲线和齿根曲线几部分构成,如图2所示。齿顶曲线是半径为ra的圆弧,齿根曲线是半径为rf的圆弧。齿坯按被加工齿轮参数确定外圆直径,即齿顶曲线,而渐开线工作齿廓、齿根过渡曲线和齿根曲线均由切齿加工中刀具包络轨迹自然形成。 2 范成法虚拟加工渐开线齿轮