一种螺旋锥齿轮摆辗成形方法与流程

本发明属于齿轮成形制造技术领域，具体涉及一种螺旋锥齿轮摆辗成形方法。

背景技术：

螺旋锥齿轮是几何形状和传动最复杂的齿轮，具有传动效率高、重叠系数大、承载能力高、传动平稳、寿命长、噪音小等显著优点，在航空、航天、舰船、高铁、风电、高档汽车、高档机床等高端装备领域应用广泛。螺旋锥齿轮复杂的几何形状对其制造提出了严峻挑战，如果采用整体模锻成形制造则面临以下三个瓶颈问题：(1)由于螺旋锥齿轮齿形复杂，其成形过程中金属流动困难易出现变形死区，因此齿形难以充满；(2)成形力大、齿形精度低、模具寿命低；(3)由于齿形为螺旋,齿轮成形后脱模困难。上述三个瓶颈问题严重制约了螺旋锥齿轮精密成形理论和技术的发展，导致螺旋锥齿轮还不能实现精密成形制造。目前，螺旋锥齿轮主要采用专用机床进行铣削加工，但是，铣削加工材料利用率低、生产效率低，更重要的是，铣削加工不能细化晶粒组织，不能形成致密的金属流线，因而难以制造高性能螺旋锥齿轮。

摆辗是增量成形新技术，具有成形力小、成形精度高、表面质量好、组织性能优异等优点，是国际高性能齿轮类零件先进成形制造技术。若将摆辗应用于螺旋锥齿轮成形，如果其复杂齿形通过复杂动态摆头摆动成形，则可以突破上述整体模锻成形面临的三个瓶颈问题。然而，目前还没有关于螺旋锥齿轮摆辗成形(其复杂齿形由复杂动态摆头摆动成形)的设计。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种螺旋锥齿轮摆辗成形方法，它可以使晶粒细化、流线致密，从而极大地提高齿轮机械性能，且成形力小、齿形精度高、模具寿命高、易脱模，具有生产效率高、材料利用率高、成本低的优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种螺旋锥齿轮摆辗成形方法，所述螺旋锥齿轮由摆辗模具摆辗成形，所述摆辗模具包括上下相对设置的摆头和摆辗下模，所述摆头作圆形轨迹运动，所述摆辗下模向上作直线进给运动，该摆辗成形方法包括以下步骤：将螺旋锥齿轮坯料放置在摆头和摆辗下模之间，所述螺旋锥齿轮的齿形由所述摆头摆动成形，所述螺旋锥齿轮与其齿形相对的背部由所述摆辗下模成形。

按上述技术方案，所述摆头沿与螺旋锥齿轮旋向相反的方向摆动。

按上述技术方案，所述摆头的摆辗中心为摆头的锥顶点位于螺旋锥齿轮齿形的型面上且通过其轴线。

按上述技术方案，所述摆头用来成形螺旋锥齿轮齿形的型面由以下公式计算得出：

式中，(x,y,z)为螺旋锥齿轮齿形上任意一点的坐标，(x',y',z')为摆头上对应点的坐标，γ为摆头的摆角。

按上述技术方案，所述摆辗下模上设置有限位槽，用于防止螺旋锥齿轮在摆辗过程中发生转动。

按上述技术方案，所述螺旋锥齿轮包括从动螺旋锥齿轮和主动螺旋锥齿轮，所述从动螺旋锥齿轮的摆辗坯料通过模锻或辗扩制造，所述主动螺旋锥齿轮的摆辗坯料通过模锻或锲横轧制造。

按上述技术方案，在从动螺旋锥齿轮的摆辗成形过程中，所述摆头的齿形外径小于螺旋锥齿轮外径2mm；在主动螺旋锥齿轮的摆辗成形过程中，所述摆头的齿形高度小于螺旋锥齿轮齿形高度1mm。

按上述技术方案，在螺旋锥齿轮的摆辗成形过程中，当摆辗下模进给到预定值时停止进给，摆头继续摆动至少2周。

本发明产生的有益效果是：(1)与摆头局部接触的螺旋锥齿轮坯料更容易流动充填齿形，从而保证螺旋锥齿轮齿形充填饱满，且齿形在摆头反复作用下可以累计大的应变，使晶粒细化、流线致密，从而极大地提高齿轮机械性能；(2)冷摆辗属于增量成形且金属容易流动，因此成形力小、齿形精度高、模具寿命高；(3)由于齿形由摆头摆动成形，所以螺旋锥齿轮摆辗成形后脱模容易；(4)本发明生产效率高、材料利用率高、成本低。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例中螺旋锥齿轮的主视图；

图2是本发明实施例中螺旋锥齿轮的后视图；

图3是本发明实施例中摆辗模具的结构示意图；

图4是本发明实施例中摆头的三维模型示意图。

图中：1-螺旋锥齿轮坯料、2-摆头、3-摆辗下模。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-图4所示，一种螺旋锥齿轮摆辗成形方法，螺旋锥齿轮由摆辗模具摆辗成形，如图3所示，摆辗模具包括上下相对设置的摆头2和摆辗下模3，摆头2作圆形轨迹运动，摆辗下模3向上作直线进给运动，该摆辗成形方法包括以下步骤：将螺旋锥齿轮坯料1放置在摆头2和摆辗下模3之间，螺旋锥齿轮的齿形由摆头摆动成形，螺旋锥齿轮与其齿形相对的背部由摆辗下模成形。

在本发明的优选实施例中，如图3、图4所示，摆头沿与螺旋锥齿轮旋向相反的方向摆动，以使金属坯料更容易流动充填齿形。

在本发明的优选实施例中，如图3所示，摆头的摆辗中心为摆头的锥顶点位于螺旋锥齿轮齿形的型面上且通过其轴线。

在本发明的优选实施例中，摆头用来成形螺旋锥齿轮齿形的型面由以下公式计算得出：

式中，(x,y,z)为螺旋锥齿轮齿形上任意一点的坐标，(x',y',z')为摆头上对应点的坐标，γ为摆头的摆角。

在本发明的优选实施例中，如图3所示，摆辗下模与螺旋锥齿轮齿形相对的背部相匹配，摆辗下模上设置有限位槽，用于防止螺旋锥齿轮在摆辗过程中发生转动。

在本发明的优选实施例中，螺旋锥齿轮包括从动螺旋锥齿轮和主动螺旋锥齿轮，从动螺旋锥齿轮的摆辗坯料通过模锻或辗扩制造，主动螺旋锥齿轮的摆辗坯料通过模锻或锲横轧制造。

在本发明的优选实施例中，在从动螺旋锥齿轮的摆辗成形过程中，摆头的齿形外径小于螺旋锥齿轮外径2mm；在主动螺旋锥齿轮的摆辗成形过程中，摆头的齿形高度小于螺旋锥齿轮齿形高度1mm。上述设计用于保证摆辗螺旋锥齿轮大端齿形之间有连皮，从而提高齿轮强度。

在本发明的优选实施例中，在螺旋锥齿轮的摆辗成形过程中，当摆辗下模进给到预定值时停止进给，摆头继续摆动至少2周，以保证螺旋锥齿轮齿形成形精度。

本发明在具体应用时，如图1、图2所示，螺旋锥齿轮为右旋，模数3mm，齿数43，压力角20°，螺旋角35°，齿顶高系数0.85，齿底隙系数0.188，变位系数0，齿宽24mm，本发明包括以下步骤：螺旋锥齿轮复杂齿形由复杂动态摆头摆动成形，而与齿形相对的背部则由摆辗下模成形，摆头逆时针方向摆动。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。