一种齿条冷滚打成形方法与流程

本发明属于齿条塑性成形方法技术领域，具体涉及一种齿条冷滚打成形方法。

背景技术：

齿条作为一种基础传动零件，在各类机械制品中得到了广泛应用，尤其在工程装备、运输机械以及机床装备等领域。目前，对齿条齿形的加工主要采取切削加工和塑性成形两种方式进行。切削加工工艺链复杂，生产周期长，材料利用率低，还需要考虑切削液和切削废料的污染问题。同时，切削加工造成金属组织内部纤维线结构断裂，表面易产生拉应力，使齿条的承载能力和疲劳强度下降，因此不适于制造高性能零件。塑性成形相对于切削加工生产效率高，材料利用率高且能提高所成形齿条机械性能，但传统塑性成形如模锻、挤压成形，所需设备吨位大、耗能高，且所需要的专用模具往往较为复杂，生产柔性差，难以适应个性化、小批量、快速制造的市场需求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种齿条冷滚打成形方法，可实现对齿条类零件各种类形外齿的生产，并有效提高该类零件制造的生产效率和生产柔性、降低生产能耗物耗、提升制品力学性能。

本发明所采用的技术方案是，一种齿条冷滚打成形方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：根据目标齿条的尺寸确定齿条坯料的尺寸，并按照确定出的尺寸获取齿条坯料；坯料厚度不小于2h；其中，h为目标齿形齿高；

步骤2：将齿条坯料固定于工作台上；将与目标齿条齿形相应的滚打轮夹装于工作设备上；滚打轮的自转回转半径为r；

步骤3：滚打轮从所需成形齿条一端的第一齿位开始第一次击打；滚打轮绕回转主轴公转，且齿条坯料或回转主轴进行沿齿宽方向并指向齿条坯料待成形区域的进给运动f以及与进给方向相垂直的分齿运动vc；直至对所需成形齿条的最后一齿齿位完成第一次击打；此为一个滚打成形周期；其中，回转主轴为平行于齿条齿形待成形面的一条直线；滚打轮的公转速度为w；公转半径为r；

步骤4：一个滚打成形周期结束后，齿条坯料急回到初始位置进行新一滚打成形周期；或分齿运动反向以末端作为起点开始下一滚打成形周期；

步骤5：重复步骤4，直至在齿条坯料表面形成所需全部齿条齿廓形状。

本发明的特点还在于：

步骤1中，齿条坯料成形前进行软化退火处理并可在待加工面涂润滑油或润滑脂。

步骤2中，滚打轮可在回转主轴周向均布n个。

步骤3中，回转主轴到齿条齿形待成形面的距离d应保证滚打轮绕回转主轴公转时能够产生对齿条坯料的击打深度h；其中，d＝r+r-h。

步骤3中，分齿运动为间歇分齿成形时，回转主轴应垂直于齿宽方向；分齿运动为连续分齿成形时，回转主轴应在垂直于齿宽方向的基础上向进给方向反向偏转一安装角α；安装角α的计算公式如下：

式中，p为齿距。

步骤3中，分齿运动和滚打轮公转速度需保证严格的传动比关系；连续分齿成形时，分齿速度vc应满足如下公式：

间歇分齿成形时，间歇分齿运动周期：

每一间歇分齿运动周期中停止时间最小值为：

每一间歇分齿运动周期中需沿齿距方向位移距离s为：s＝p。

成形过程中进给运动的总累计进给最小量d应满足如下公式：

式中，b为齿宽，r为滚打轮的回转半径。

步骤1中，齿条坯料为矩形长条或棒料。

步骤4结束后，还包括对成形件进行切割并对飞边毛刺进行去除，得到满足要求的齿条。

本发明的有益效果是：

(1)渐进的累计断续局部击打产生塑性变形，以冷塑性方式最终成形齿条，相比其他齿条齿形加工和成形技术具有显著地省力、节能、高效的效果；

(2)不需要额外的模具，滚打轮廓形和齿条齿形一致，制造生产维护简单，可成形多种齿形齿条、斜齿齿条及齿条轴，生产柔性高；

(3)齿条成形过程多次受到击打和滚压，齿形表面明显应变强化并呈压应力状态，同时齿形内部金属组织晶粒细化并形成纤维状金属流线，显著提高成形件性能和使用寿命。

附图说明

图1是本发明一种齿条冷滚打成形方法的示意图；

图2是本发明一种齿条冷滚打成形方法成形直齿齿条过程中一次分齿击打过程示意图；

图3是本发明一种齿条冷滚打成形方法一个滚打成形周期结束到直齿齿条齿形部分成形完成的过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，齿条为标准模数齿，齿高h＝4.5mm，齿距p＝6.28mm，齿宽b＝50mm，滚打轮打深h＝2.25mm，滚打轮公转速度为w＝1200r/min≈7536rad/min，公转半径r＝48mm，滚打轮沿回转主轴周向均布3个，滚打轮自转半径r＝24mm，回转主轴距工件待加工面d＝69.75mm。

(一)齿条坯料为矩形长条，齿条坯料厚度15mm，长度和宽度由目标齿条确定，为减小成形力，齿条坯料成形前进行软化退火处理并在待加工面涂润滑油或润滑脂。

(二)需要成形的目标齿条齿形由具有相应齿形的滚打轮击打成形，其余部分由夹具夹持固定于工作台上。

(三)具有目标齿形的滚打轮绕回转主轴公转，从所需成形齿条一端第一齿位开始第一次击打齿条坯料齿形待成形面，齿条坯料进行如下(四)～(七)所述特征进行分齿运动和进给运动，使每次击打造成的塑性变形量逐步积累，最终在工件表面形成所需全部齿条齿廓形状；最后对成形件进行切割并对飞边毛刺进行去除，得到满足要求的齿条，如图3所示。

(四)滚打轮绕回转主轴公转，回转主轴为平行于齿条齿形待成形面的一条直线；齿条坯料沿齿宽方向进给f，并做与进给方向垂直的分齿运动vc。分齿运动为间歇分齿时回转主轴垂直于齿宽方向；分齿运动为连续分齿时，回转主轴在垂直于齿宽方向的基础上向进给方向反向偏转一安装角α：

按照公式(1)计算得α＝0.6515°

(五)分齿运动和滚打轮公转速度需保证严格的传动比关系；一次分齿击打过程如图2所示，连续分齿时，分齿速度vc应满足：

由公式(2)计算得：vc＝376.6mm/s；

间歇分齿时，分齿运动应满足：

间歇分齿运动周期：

每一间歇分齿运动周期中停止时间最小值为：

每一间歇分齿运动周期中需沿齿距方向位移距离s为：s＝p；

由上述公式计算得：间歇分齿运动周期t＝0.05s，间歇分齿每一运动周期中停止时间最小值ts＝0.0035s，间歇分齿每一运动周期中需沿齿距方向位移距离s＝6.28mm。

(六)滚打轮从所需成形齿条的一端第一齿位开始击打，在分齿运动作用下击打到所需成形齿条的最后一齿齿位作为一个滚打成形周期。一个滚打成形周期结束后，齿条坯料急回到开始位置从新开始新一滚打成形周期，如图3所示，或分齿运动反向以末端作为起点开始下一滚打成形周期，反向时调整安装角偏转方向，如图3所示。

(七)每一滚打成形周期结束后齿条坯料进给一次做间歇进给，如图3所示；或每次击打过程均进给做连续进给；整个成形过程的总进给最小d应满足：

由公式(3)计算得：d＝75.05mm。

本发明一种齿条冷滚打成形方法的工作原理为：冷滚打是一种连续局部累计冷塑性成形工艺方法，在具有传统塑性成形方法优点的同时又具备成形力低、能耗小、无需模具、高柔性的特点，已成为高性能传动零件先进制造技术的关注热点。

本发明一种齿条冷滚打成形方法的优点为：

(1)渐进的累计断续局部击打产生塑性变形，以冷塑性方式最终成形齿条，相比其他齿条齿形加工和成形技术具有显著地省力、节能、高效的效果；

(2)不需要额外的模具，滚打轮廓形和齿条齿形一致，制造生产维护简单，可成形多种齿形齿条、斜齿齿条及齿条轴，生产柔性高；

(3)齿条成形过程多次受到击打和滚压，齿形表面明显应变强化并呈压应力状态，同时齿形内部金属组织晶粒细化并形成纤维状金属流线，显著提高成形件性能和使用寿命。