一种齿条冷摆辗精密成形方法

摘要

本发明涉及齿条精密成形领域。一种齿条冷摆辗精密成形方法，其特征在于包括如下步骤：（1）坯料设计成一圆柱形的长杆，其直径和长度分别与齿条直径和长度相等；（2）齿条的齿形由冷摆辗上模摆动成形，齿形背面由下模成形；（3）冷摆辗上模采用直线轨迹，直线轨迹垂直于圆柱形坯料轴线；（4）冷摆辗上模是一个棱锥，其锥角大于等于176^o，棱锥两侧面与齿条径向两侧齿形进行布尔运算获得冷摆辗上模齿形；（5）冷摆辗下模与齿条齿形背面匹配；（6）冷摆辗过程中上模与齿条干涉计算；（7）冷摆辗上模修正；（8）坯料在上模和下模共同作用下，坯料产生连续局部塑性变形，最终冷摆辗成形高精度齿条。具有显著的节能节材、降低生产成本、提高生产率、提高齿条组织和力学性能的效果。

主权项

一种齿条冷摆辗精密成形方法，其特征在于包括如下步骤：(1)坯料设计成一圆柱形的长杆，其直径和长度分别与齿条直径和长度相等；(2)齿条的齿形由冷摆辗上模摆动成形，齿形背面由下模成形；(3)冷摆辗上模采用直线轨迹，直线轨迹垂直于圆柱形坯料轴线，即冷摆辗上模沿坯料径向方向摆动；(4)冷摆辗上模是一个棱锥，其锥角大于等于176°，棱锥两侧面与齿条径向两侧齿形进行布尔运算获得冷摆辗上模齿形；(5)冷摆辗下模与齿条齿形背面匹配，是一个截面为半圆形的凹槽；(6)冷摆辗过程中上模与齿条干涉计算：以平行于齿条轴线并通过摆辗中心的直线为x轴，以通过齿根中点并垂直于齿顶所在平面的直线为z轴，以x轴和z轴相交的点为坐标原点O点，以通过O点并垂直于xOz面的直线为y轴，建立坐标系；定义齿条压力角为α，上模摆角为γ，摆辗中心线与齿条法向面夹角为δ，上模瞬时摆动角度为θ(θ∈[0,2γ])，齿条长度为L；冷摆辗过程中，上模齿廓面上一点(x,y,z)与齿条干涉量Δ的计算方程为：$\Delta =2tan\delta sin\frac{\theta }{2}[(\frac{tan\alpha }{sin\delta }cos\frac{\theta }{2}+sin\frac{\theta }{2})y+(cos\frac{\theta }{2}-\frac{tan\alpha }{sin\delta }sin\frac{\theta }{2})z]---\left(1\right)$(7)冷摆辗上模修正：定义齿条模数为m，齿数为z，螺旋角为β，齿顶高为h_a，齿根高为h_f，齿顶面到齿条轴线的距离为h₁，齿条轴线到摆辗中心的距离为H，上模转动间隔角ε；冷摆辗上模修正区边界点的方程如下：点N₀(x₁,y₁,z₁)坐标方程为：$\left\{\begin{array}{c}{x}_1=\frac{1}{\cos \delta }(\frac{1}{4}\pi m+h_{a}tan\alpha )\\ y_1=0\\ z_1=h_1-H\end{array}\right.---\left(2\right)$点M₀(x₂,y₂,z₂)坐标方程：$\left\{\begin{array}{c}{x}_2=\frac{1}{\cos \delta }(\frac{1}{4}\pi m-h_{f}tan\alpha )\\ y_2=0\\ z_2=h_1-H-h_a-h_f\end{array}\right.---\left(3\right)$点N₁坐标方程：$\left\{\begin{array}{c}x=z_{1}tan2\gamma tan\delta +x_1\\ y=0\\ z=z_1\end{array}\right.---\left(4\right)$点N₂坐标方程：$\left\{\begin{array}{c}x=x_1\\ y=z_{1}sin2\gamma \\ z=z_1\cos 2\gamma \end{array}\right.---\left(5\right)$点M₁坐标方程：点坐标方程：$\left\{\begin{array}{c}x=[\frac{tan\alpha }{cos\delta }(cos2\gamma -1)+sin2\gamma tan\delta ]z_2+x_2\\ y=0\\ z=z_2\end{array}\right.---\left(6\right)$点M₂坐标方程：$\left\{\begin{array}{c}x=x_2\\ y=z_{2}sin2\gamma \\ z=z_{2}cos2\gamma \end{array}\right.---\left(7\right)$点T₀坐标方程：$\left\{\begin{array}{c}x=\frac{sin\delta tan\delta }{tan\alpha }{z}_1+x_1\\ y=-\frac{sin\delta }{tan\alpha }{z}_1\\ z=z_1\end{array}\right.---\left(8\right)$点T₁坐标方程：$\left\{\begin{array}{c}x=-\frac{g_2}{g_1}{z}_{1}tan\delta +x_1\\ y=\frac{g_2}{g_1}{z}_1\cos 2\gamma +z_{1}sin2\gamma \\ z=z_1\cos 2\gamma -\frac{g_2}{g_1}{z}_{1}sin2\gamma \end{array}\right.$$\left\{\begin{array}{c}{g}_1=1-cosϵ-\frac{tan\alpha }{sin\delta }sinϵ\\ g_2=\sin ϵ+\frac{tan\alpha }{\sin \delta }(1-\cos ϵ)\end{array}\right.---\left(9\right)$点L₀坐标方程：$\left\{\begin{array}{c}x=-ytan\delta +x_2\\ y=-\frac{\sin \delta }{\tan \alpha }{z}_2\\ z=z_2\end{array}\right.---\left(10\right)$点L₁坐标方程：$\left\{\begin{array}{c}x=-(a_1{b}_1+tan\delta )y+a_1{z}_2+x_2\\ y=\frac{(a_1-a_2)z_2}{a_1{b}_1-a_2{b}_2}\\ z=z_2\end{array}\right.$$a_1=\frac{tan\alpha }{cos\delta }[cos(2\gamma -ϵ)-1]+tan\delta sin(2\gamma -ϵ)$$a_2=\frac{tan\alpha }{cos\delta }(cos2\gamma -1)+tan\delta sin2\gamma$$b_1=\frac{tan\alpha cos(\gamma -\frac{ϵ}{2})+sin\delta sin(\gamma -\frac{ϵ}{2})}{tan\alpha sin(\gamma -\frac{ϵ}{2})-sin\delta cos(\gamma -\frac{ϵ}{2})}$$b_2=\frac{tan\alpha cos\gamma +sin\delta sin\gamma }{\tan \alpha sin\gamma -sin\delta cos\gamma }---\left(11\right)$通过上述边界点建立修正区实体，然后在上模通过布尔运算去除修正区实体，得到修正后的上模；修正后的上模在摆辗过程中不与齿条发生干涉；(8)通过锯切或剪切获得步骤(1)尺寸的坯料，坯料经过退火处理后放入冷摆辗下模中，修正后的上模作直线轨迹摆动运动，下模带动坯料作直线进给运动，在上模和下模共同作用下，坯料产生连续局部塑性变形，最终冷摆辗成形高精度齿条。