CN104741493A - 成形轧制设备和成形轧制方法 - Google Patents

Abstract

本公开内容提供用于对杆形材料应用横切进给成形轧制的成形轧制设备和成形轧制方法，该设备包括：构造成将杆形材料支承为能够在轴向方向上旋转的支承部；圆形模，该圆形模在其外周缘上形成有模齿；构造成面向杆形材料的外周缘表面定位的模齿；以及移动装置，该移动装置使圆形模移动，使得圆形模的轴线与杆形材料的轴线的距离改变。模齿包括用于在杆形材料的外周缘表面上生成齿轮齿的成形模齿和通过与生成的齿轮齿接合并且旋转来提高生成的齿轮齿的齿表面精度的精轧模齿。精轧模齿的构型形成为均具有不与生成的齿轮齿的齿槽底面接触的齿顶。

Description

成形轧制设备和成形轧制方法

技术领域

本公开内容总体上涉及成形轧制设备和成形轧制方法。

背景技术

成形轧制是下述制造方法，该制造方法通过在形成在成形轧制模上的模齿压靠杆形材料的外周缘表面的状态下驱动成形轧制模来在杆形材料的外周缘表面上施加形变加工的制造方法。通常，齿条模或圆形模用作成形轧制模。成形轧制广泛地适用于形成例如螺旋齿轮、螺旋件、尺寸减小的蜗杆以及花键，因为该制造方法不损坏环境、具有高生产率且具有低制造成本。

成形轧制包括两种类型的制造方法，该两种类型的制造方法是横切进给成形轧制(in-feed form rolling)和增量轧制(incremental rolling)。根据横切进给成形轧制，成形轧制模的模齿穿入杆形材料的外周缘表面，同时逐渐地减小杆形材料的中心与成形轧制模之间的距离，以在杆形材料的外周缘表面上形成齿部。因此，在将圆形模应用于横切进给成形轧制的情况下，通常地，在圆形模上在圆形模的整个圆周上设置有具有相同构型的模齿。另一方面，根据增量轧制，在杆形材料的外周缘表面上形成有齿部，同时使杆形材料的中心与成形轧制模之间的距离维持为常量。应用于增量成形轧制的成形轧制模沿着其操作方向形成有具有不同构型的模齿。因此，在将圆形模应用于增量成形模制的情况下，沿着圆形模的周向方向设置有具有不同构型的模齿。因而，对杆形材料的外周缘表面应用成形轧制，以遵循模齿的构型的改变。

JPS59-97731A(即，以下称作专利文献1)公开了通过横切进给成形轧制在杆形材料的外周缘表面上形成螺旋齿的成形轧制设备。公开在专利文献1中的成形轧制设备包括：将杆形材料支承为能够在轴向方向上旋转的支承部；以及圆形模，该圆形模在外周缘上形成有模齿并且定位成使得模齿面向由支承部所支承的杆形材料的外周缘表面。以下文献公开了对用于根据杆形材料的横切进给成形轧制将圆形模和杆形材料的接触状态从具有摩擦的滚动接触状态转换至齿轮啮合接触状态的过程和用于依据接触状态的转换减小杆形材料的工件平移(轴向运动)的方法的分析：EiriNAGATA、Yoshitomo NAKAHARA、Morimasa NAKAMURA和IchiroMORIWAKI的“Form Rolling of Helical Gear with Small Number of Teethand Large Helix Angle(Reduction of Work Piece Shift)(具有少量的齿和大螺旋角的螺旋齿轮的成形轧制(工件平移的减小))”，日本机械工程师协会学报79(798)，371-381(以下称作非专利文献1)。下述文献公开了对在杆形材料的横切进给成形轧制期间的成形偏差的生成机制的数值分析：Eiri NAGATA、Tomokazu TACHIKAWA、Morimasa NAKAMURA和Ichiro MORIWAKI的“Form Rolling of Helical Gear with SmallNumber of Teeth and Large Helix Angle(Geometrical Discussion on FormDeviation Caused by Die Penetration)(具有少量的齿和大螺旋角的螺旋齿轮的成形轧制(对通过模穿入所引起的成形偏差的几何学讨论))，日本机械工程师协会学报79(807)，367-379(以下称作非专利文献2)。

非专利文献2确认了，例如，根据通过使用圆形模的横切进给成形轧制，由于圆形模对杆形材料的模穿入，在已加工的或生成的齿轮齿上产生齿廓偏差和/或齿线的起伏。非专利文献2还公开了通过在成形轧制期间有意地改变圆形模和杆形材料的轴向相位来消除齿线的起伏的方法。根据该方法，获得了消除齿线的起伏的一定的效果，然而，这种效果是不够的。

因此存在对校正齿线的起伏的成形轧制设备和成形轧制方法的需要。

发明内容

根据前述方面，本公开内容提供了用于对杆形材料的外周缘表面应用横切进给成形轧制以生成螺旋齿轮齿的成形轧制设备。该成形轧制设备包括：支承部，该支承部构造成将杆形材料支承为能够在轴向方向上旋转；圆形模，该圆形模在其外周缘上形成有模齿，圆形模能够绕构造成平行于杆形材料的轴向方向布置的旋转轴线旋转，该杆形材料构造成由支承部支承；模齿，该模齿构造成面向构造成由支承部支承的杆形材料的外周缘表面定位；旋转驱动装置，该旋转驱动装置旋转地致动圆形模；以及移动装置，该移动装置使圆形模沿与圆形模的旋转轴线正交的方向移动，使得圆形模的轴线与杆形材料的轴线的距离改变。模齿包括：用于在杆形材料的外周缘表面上生成齿轮齿的成形模齿；和用于通过与生成的齿轮齿接合并且旋转来提高生成的齿轮齿的齿表面精度的精轧模齿。精轧模齿形成各自具有不与生成的齿轮齿的齿槽底面相接触的齿顶的构型。

根据本公开内容的成形轧制设备，成形模齿和精轧模齿设置在圆形模的外周缘上，当在杆形材料的外周缘表面上生成生成的齿轮齿时应用成形模齿，而精轧模齿应用于提高生成的齿轮齿的齿表面精度。精轧模齿形成为使得精轧模齿的齿顶不与生成的齿轮齿的齿槽底面接触。根据该结构，当应用精轧模齿时，精轧模齿的齿顶不与生成的齿轮齿的齿槽底面接触。因此，通过成形模齿的应用而在杆形材料上生成的生成的齿轮齿的齿线的起伏能够通过精轧模齿的应用来校正，并且因此提高了形成生成的齿轮齿的精度。

根据本公开内容，精轧模的齿高比成形模齿的齿高更短。

根据本公开内容的结构，当应用精轧模齿时，精轧模齿的齿顶不与生成的齿轮齿的齿槽底面接触。因此，通过成形模齿的应用而在杆形材料上生成的生成的齿轮齿的齿线的起伏能够通过精轧模齿的应用来校正，并且因此提高了形成生成的齿轮齿的精度。

根据本公开内容，精轧模齿中的每个齿通过从与成形模齿的齿具有相同构型的齿去除包括齿顶面的齿顶区域而形成。

根据本公开内容的结构，形成有成形模齿和精轧模齿的圆形模能够容易地进行制造。

根据本公开内容，精轧模齿形成为与生成的齿轮齿以无齿隙的方式接合。

例如，为了在精轧阶段不将来自模齿的穿入力施加于杆形材料，例如，模齿与生成的齿轮齿的相对位置调整成在模齿与生成的齿轮齿之间提供间隙。然而，由于间隙形成了齿隙，因此降低了生成的齿轮齿的齿表面精度或会生成毛刺。对应于该缺点，根据本公开内容，精轧模齿和生成的齿轮齿以无齿隙的方式接合并且即使在精轧阶段穿入力也不施加于杆形材料。因此，能够进一步提高生成的齿轮齿的齿表面精度。

根据本公开内容的另一方面，用于对杆形材料的外周缘表面应用横切进给成形轧制以形成螺旋齿轮齿的成形轧制方法，该成形轧制方法包括成形过程和精轧过程，该成形过程用于通过在成形模齿与被以能够旋转的方式支承的杆形材料的外周缘表面相接触的状态下使圆形模旋转的同时，在杆形材料的外周缘表面处沿杆形材料的径向向内方向穿入的形成在圆形模的外周缘上的成形模齿来在杆形材料的外周缘表面上生成齿轮齿；该精轧过程用于通过在形成在圆形模的外周缘上的精轧模齿与在杆形材料的外周缘表面上生成的生成的齿轮齿接合的状态下使圆形模旋转来提高生成的齿轮齿的齿表面精度。精轧模齿和生成的齿轮齿接合成使得在精轧过程中精轧模齿中的每个精轧模齿的齿顶不与生成的齿轮齿的齿槽底面接触。

通常，根据横切进给成形轧制，随着圆形模对杆形材料的穿入量增加，察觉到圆形模的旋转扭矩的周期性改变。生成的齿轮齿的齿线的起伏被认为是由于周期性扭矩波动而生成(参见非专利文献2中的图22)。此外，在圆形模的齿顶与在杆形材料上生成的生成的齿轮齿的齿槽底面相接触的情况下，即使在圆形模对杆形构件的穿入操作在精轧阶段停止的状态下，杆形材料仍受到(接收)来自圆形模的穿入力影响从而引起周期性扭矩波动。因此，生成的齿轮齿上的齿线的起伏没有进行充分校正。

根据本公开内容，成形模齿和精轧模齿——具有不同的构型的两种模齿——形成在圆形模的外周缘上。当生成生成的齿轮齿时(在成形过程期间)，应用成形模齿。当精轧生成的齿轮齿时(在精轧过程期间)，应用精轧模齿。在那些情形中，精轧模齿形成为使得齿顶不与生成的齿轮齿的齿槽底面接触。相应地，在精轧期间，模齿的齿顶不与生成的齿轮齿的齿槽底面接触，因而，在精轧过程期间通过圆形模施加至杆形材料的穿入力减小。因此，能够减小周期性扭矩波动，并且齿线的起伏能够进行充分校正。

根据本公开内容，精轧模齿和生成的齿轮齿在精轧过程中以无齿隙的方式接合。

根据本公开内容的构造，避免在形成生成的齿轮齿时由于齿隙的产生而引起的精度下降并且能够进一步减小齿线的起伏。

附图说明

根据参照附图的以下详细描述，本公开内容的前述和附加特性和特征将变得更加明显，其中：

图1是根据本文公开的实施方式的成形轧制设备的平面示意图；

图2是示出沿X方向观察的支承部的视图；

图3是圆形模的前视图；

图4示出在第一外周缘区域上形成的成形模齿的构型；

图5示出在第二外周缘区域上形成的精轧模齿的构型；

图6出于解释目的示出彼此重叠的成形模齿与精轧模齿；

图7示出在成形过程的结束时期的成形模与在杆形材料的外周缘上形成的生成的齿轮齿的接合状态；

图8示出在精轧过程期间的精轧模与在杆形材料的外周缘上形成的生成的齿轮齿的接合状态；

图9示出在成形过程和精轧过程期间杆形材料在圆形模上的轧制轨迹；

图10是示出杆形材料的累加旋转数与模齿的在杆形材料的外周缘表面上的穿入量(推入量)的关系的图表；

图11是根据本实施方式的改进示例的圆形模的前视图；

图12示出在使用图11中所示的圆形模进行成形轧制的情况下的圆形模与杆形材料的位置关系；

图13是示出在使用根据本实施方式的改进示例的圆形模来执行成形过程和精轧过程的情况下的杆形材料的累加旋转数与模齿的在杆形材料的外周缘表面上的穿入量(推入量)的关系的图表；以及

图14是根据另一示例示出杆形材料的累加旋转数与模齿的在杆形材料的外周缘表面上的穿入量(推入量)之间的关系的图形。

具体实施方式

以下将参照附图的说明对成形轧制设备和成形轧制方法的一个实施方式进行解释。

如图1中所示，成形轧制设备1包括基板10、支承部20、第一模单元30、第二模单元40、旋转控制装置50和位置控制装置60。

如图1中所示，基板10在平面视图中形成为大致矩形形状。出于解释的目的，基板10的纵向方向(即，图1中的左右方向)沿X方向限定，而正交于X方向的方向(图1中的上下方向)限定为Y方向。正交于X方向和Y方向的方向是上下方向。

支承部20设置在基板10上。支承部20包括头架21和尾架22。头架21和尾架22定位在基板10的沿纵向方向(X方向)的大致中央位置处，其中，头架21和尾架22彼此在Y方向上保持预定距离。

如图2中所示，头架21包括：沿向上方向直立地设置在基板10上的第一柱形部211；以及支承在第一柱形部211的上部处并且沿Y方向延伸的第一中心销212。类似地，尾架22包括：沿向上方向直立地设置在基板10上的第二柱形部221；以及支承在第二柱形部221的上部处并且沿Y方向延伸的第二中心销222。第一中心销212与第二中心销222以同轴的方式布置成使得第一中心销212的端部与第二中心销222的端部彼此面对。

第一中心销212由第一柱形部211支承为使得不在轴向方向(Y方向)上移动。另一方面，第二中心销222由第二柱形部221支承为能够在轴向方向(Y方向)上移动。气缸23连接至第二中心销222的后端部。第二中心销222通过将气缸23的气压施加于第二中心销222而沿接近第一中心销212的方向偏置。

在第一中心销212与第二中心销222之间设置有杆形材料w。杆形材料w在杆形材料w的第一端面与中心销212的端部接触并且杆形材料w的第二端面与第二中心销222的端部接触的状态下通过从气缸23接收偏置力由支承部20支承为能够绕轴线旋转。

如图1中所示，当在平面视图中观察时，第一模单元30和第二模单元40定位成在X方向上彼此相对，同时由支承部20所支承的杆形材料w插置于第一模单元30与第二模单元40之间。第一模单元30包括第一保持件31、第一旋转轴32、第一减速器33、第一马达(用作旋转驱动装置)34、第一圆形模35以及第一液压缸(用作移动装置)36。第二模单元40包括第二保持件41、第二旋转轴42、第二减速器43、第二马达(用作旋转驱动装置)44、第二圆形模45以及第二液压缸(用作移动装置)46。

在基板10的顶面上设置有由彼此平行布置的两个脊状部构成的第一导轨11和由彼此平行布置的两个脊状部构成的第二导轨12。第一导轨11和第二导轨12在X方向上延伸。当在平面方向上观察成形轧制设备1时，第一导轨11和第二导轨12相对于由支承部20所支承的杆形材料w布置成彼此相反。第一模单元30的第一保持件31设置在第一导轨11处以能够在X方向上移动并且不能够在其它方向上移动。第二模单元40的第二保持件41设置在第二导轨12处以能够在X方向上移动并且不能够在其它方向上移动。即，第一保持件31和第二保持件41在基板10上定位成能够在X方向上移动。

第一保持件31包括沿Y方向延伸的本体部311和从本体部311的沿Y方向的端部沿X方向延伸的一对臂部312、312。如图1中所示，当在平面中观察时，第一保持件31包括U形构型。类似地，第二保持件41包括沿Y方向延伸的本体部411和从本体部411的沿Y方向的端部沿X方向延伸的一对臂部412、412。臂部412、412彼此平行。如图1中所示，当在平面中观察时，第二保持件41包括U形构型。因而，第一保持件31和第二保持件41在基板10上定位成使得第一保持件31的臂部312、312的端部分别与第二保持件41的臂部412、412的端部彼此相对。

在第一保持件31的臂部312、312上以同轴的方式分别形成有圆孔312a、312a。第一旋转轴32定位成穿过圆孔312a、312a。第一旋转轴32由第一保持件31经由轴承构件例如附接至圆孔312a、312a的内周壁的轴承可旋转地支承。类似地，在第二保持件41的臂部412、412上分别以同轴的方式形成有圆孔412a、412a。第二旋转轴42定位成穿过圆孔412a、412a。第二旋转轴42由第二保持装置41经由轴承构件例如附接至圆孔412a、412a的内周壁的轴承可旋转地支承。由第一保持件31支承的第一旋转轴32的轴向方向和由第二保持件41支承的第二旋转轴42的轴向方向平行于由支承部20所支承的杆形构件w的轴向方向(Y方向)。

第一马达34经由第一减速器33连接至第一旋转轴32的第一端。类似地，第二马达44经由第二减速器43连接至第二旋转轴42的第一端。通过第一马达34的致动，第一旋转轴32在轴向方向上旋转。通过第二马达44的致动，第二旋转轴42在轴向方向上旋转。

第一圆形模35以同轴且能够一体旋转的方式附接至第一旋转轴32，并且第二圆形模45以同轴且能够一体旋转的方式附接至第二旋转轴42。第一圆形模35附接至第一旋转轴32使得第一圆形模35设置在第一保持件31的臂部312、312之间。第二圆形模45附接至第二旋转轴42使得第二圆形模45设置在第二保持件41的臂部412、412之间。

如图1中所示，第一圆形模35和第二圆形模45定位成在X方向上彼此相对，同时由支承部20所支承的杆形材料w插置于第一圆形模35和第二圆形模45之间。此外，如上所述，第一旋转轴32、第二旋转轴42以及杆形材料w的轴向方向彼此平行。即，第一圆形模35和第二圆形模45能够绕与由支承部20所支承的杆形材料w的轴向方向(Y方向)平行的旋转轴线旋转。此外，第一圆形模35和第二圆形模45以第一圆形模35和第二圆形模45在Y方向上布置在彼此相同的位置处的方式分别附接至第一旋转轴32和第二旋转轴42。因此，第一圆形模35的外周缘表面和第二圆形模45的外周缘表面在沿Y方向彼此相同的位置处面向由支承部20所支承的杆形材料w的外周缘表面。

在成形轧制设备1处于初始状态(即，启动成形轧制之前的状态)的情况下，第一圆形模35的外周缘表面与由支承部20所支承的杆形材料w的外周缘表面彼此分离，并且第二圆形模45的外周缘表面与由支承部20所支承的杆形材料w的外周缘表面彼此分离。此外，第一圆形模35的旋转轴线的上下方向位置、第二圆形模45的旋转轴线的上下方向位置以及杆形材料w的旋转轴线的上下方向位置彼此相同(第一圆形模35、第二圆形模45以及杆形材料w定位在相同的上下方向位置或高度处)。此外，在初始状态下，第一圆形模35的轴线与由支承部20所支承的杆形材料w的轴线的距离和第二圆形模45的轴线与由支承部20所支承的杆形材料w的轴线的距离相同。在那些情形中，轴线的距离对应于圆形模(第一圆形模35或第二圆形模45)的旋转中心与由支承部20所支承的杆形材料w的旋转中心之间的在X方向上的距离。

第一液压缸36的活塞杆连接至第一保持件31的本体部311。第一液压缸36的活塞杆构造成在X方向上伸长或收缩。因此，通过第一液压缸36的致动，第一保持件31在X方向上移动。当第一保持件31在X方向上移动时，由第一保持件31支承的第一旋转轴32和附接至第一旋转轴32的第一圆形模35在X方向上移动。通过在X方向上——即，在正交于第一圆形模35的旋转轴线方向(Y方向)的方向上——移动第一圆形模35，第一圆形模35的轴线与由支承部20所支承的杆形材料w的轴线的距离改变。

第二液压缸46的活塞杆连接至第二保持件41的本体部411。第二液压缸46的活塞杆构造成在X方向上伸长或收缩。因此，通过第二液压缸46的致动，第二保持件41在X方向上移动。当第二保持件41在X方向上移动时，由第二保持件41支承的第二旋转轴42和附接至第二旋转轴42的第二圆形模45在X方向上移动。通过在X方向上——即在正交于第二圆形模45的旋转轴线方向(Y方向)的方向上——移动第二圆形模45，第二圆形模45的轴线与由支承部20所支承的杆形材料W的轴线的距离改变。

根据本实施方式，与构件基于第一液压缸36和第二液压缸46的致动在X方向上的运动相关联，在接近由支承部20所支承的杆形材料w的方向上的运动限定为向前移动，而在从由支承部20所支承的杆形材料w缩回的方向上的运动限定为缩回移动。

第一马达34和第二马达44的致动由旋转控制装置50控制。此外，第一液压缸36和第二液压缸46的致动由位置控制装置60控制。

第一圆形模35和第二圆形模45具有相同的构型。图3是第一圆形模35和第二圆形模45(以下，当通常提及第一圆形模35和第二圆形模45时称作圆形模35、圆形模45)的前视图(端面视图)。圆形模35、圆形模45中的每一者形成为圆盘形状或柱形形状，并且在其外周缘表面上形成有模齿。因此，圆形模35、圆形模45相对于由支承部20所支承的杆形材料w定位成使得形成在外周缘表面上的模齿面向杆形材料w的外周缘表面。根据本实施方式，在圆形模35的外周缘表面和圆形模45的外周缘表面中的每一者上沿着各自的周向方向形成有成形模齿和精轧模齿。在这种情形中，如图3中所示，圆形模35、圆形模45的外周缘(外圆周)包括第一外周缘区域A和第二外周缘区域B。成形模齿形成在第一外周缘区域A上，而精轧模齿形成在第二外周缘区域B上。如图3中所示，第一外周缘区域A的长度比第二外周缘区域B的长度更长。

图4示出了形成在第一外周缘区域A上的成形模齿T1的构型。图5示出了形成在第二外周缘区域B上的精轧模齿T2的构型。如图4中所示，成形模齿T1包括用于成形轧制螺旋齿轮的齿廓。成形模齿T1的齿高在图4中限定为H1。如图5中所示，精轧模齿T2的齿高H2比成形模齿T1的齿高更短。

图6出于解释的目的示出了彼此重叠的成形模齿T1与精轧模齿T2。如图6中所示，成形模齿T1和精轧模齿T2除了齿顶部之外具有相同的构型。也就是说，精轧模齿T2形成为下述构型，在该构型中，齿顶区域P——从齿顶面S(包括齿顶面S)沿齿高方向延伸预定长度PL的区域——从与成形模齿T1具有相同构型的齿上切除。因此，成形模齿T1和精轧模齿T2彼此包括共同的齿廓和齿根构型，并且具有不同的齿顶部构型。为了形成用于在沿周向方向的不同区域处形成两种类型的模齿(成形模齿T1和精轧模齿T2)的模，首先，将与成形模齿T1具有相同构型的模齿形成在具有圆盘形状的模材料的整个圆周上。接着，通过切削而形成模齿的形成在第二外周缘区域B上的齿顶区域P。因此，能够容易地制造圆形模35、45，圆形模35、45中的每一者均在第一外周缘区域A中形成有成形模齿T1并在第二外周缘区域B中形成有精轧模齿T2。

在齿顶区域P被过度切削的那些情况中，在精轧过程期间，在生成的齿轮齿(多个齿)(即，形成在杆形材料w的外周缘表面上的齿/多个齿)的齿根部(根部)处会生成台阶或毛刺。因此，齿顶区域P的在齿高方向上待切削的长度PL可以限定在大致0.1mm-0.5mm的范围中，然而，长度不受限制并且可以根据齿的尺寸限定。此外，在切削齿顶区域P之后，精轧模齿T2的齿顶面的角部可以通过例如抛光或磨光而进行倒角。

将对用于通过使用成形轧制设备1在杆形材料w的外周缘上成形轧制螺旋齿轮齿的方法进行以下解释。首先，在初始状态下，杆形材料w由成形轧制设备1的支承部20支承。接下来，圆形模35、圆形模45的旋转位置控制成使得圆形模35、圆形模45的第一外周缘区域A面向杆形材料w的外周缘表面。接着，第一液压缸36和第二液压缸46同时致动使得第一保持件31和第二保持件41向前移动。在那些情形中，第一液压缸36和第二液压缸46的致动由位置控制装置60控制成使得第一保持件31和第二保持件41以相同的速度向前移动。响应于第一保持件31和第二保持件41的向前运动，第一圆形模35和第二圆形模45从彼此相反的方向以相同的速度接近由支承部20所支承的杆形材料w。接着，形成在第一圆形模35和第二圆形模45的第一周缘区域A上的成形模齿T1同时与杆形材料w的外周缘表面相接触。因此，杆形材料w插置在(夹在)第一圆形模35与第二圆形模45之间。

随后，第一马达34和第二马达44在圆形模35、圆形模45的成形模齿T1与杆形材料w的外周缘表面相接触的状态下同时进行致动。当第一马达34致动时，第一旋转轴32和第一圆形模35经由第一减速器33旋转。当第二马达44致动时，第二旋转轴42和第二圆形模45经由第二减速器43旋转。在那些情形中，第一马达34和第二马达44的旋转方向和旋转速度由旋转控制装置50控制成使得第一圆形模35和第二圆形模45沿相同的方向和以相同的旋转速度旋转。

因为第一圆形模35和第二圆形模45沿相同的方向和以相同的旋转速度旋转，由于在第一圆形模35与第二圆形模45之间产生的摩擦力，插置在第一圆形模35与第二圆形模45之间的杆形材料w在与圆形模35、圆形模45的旋转方向相反的方向上共同旋转(或，被拖动旋转)。因此，成形过程开始。

在成形过程期间，第一马达34和第二马达44的致动由旋转控制装置50控制成使得形成在圆形模35、圆形模45的第一外周缘区域A上的成形模齿T1与杆形材料w的外周缘相接触。此外，在成形过程期间，第一液压缸36和第二液压缸46的致动由位置控制装置60控制成使得第一圆形模35与杆形材料w之间的轴线的距离和第二圆形模45与杆形材料w之间的轴线的距离以相同的速度逐渐减小。因此，在成形过程期间，形成在第一外周缘区域A上的成形模齿T1在杆形材料w的外周缘表面处沿着径向向内方向被推压到杆形材料w上(穿入杆形材料w)。通过用在成形过程期间所生成的穿入力而在杆形材料w的外周缘上施加形变过程，在杆形材料w的外周缘上形成有螺旋齿轮(生成的齿轮齿)。

执行成形过程直至成形模齿T1在杆形材料w上的穿入量达到预定量为止。当穿入量达到预定量时，成形过程完成。随后，第一马达34和第二马达44旋转使得杆形材料w的外周缘表面与圆形模35、圆形模45的第二外周缘区域B相接触。此外，第一保持件31的通过第一液压缸36的致动的向前运动和第二保持件41的通过第二液压缸46的致动的向前运动停止，并且第一圆形模35与杆形材料w之间的轴线的距离和第二圆形模45与杆形材料w之间的轴线的距离固定。然后，形成在圆形模35、圆形模45的第二外周缘区域B上的精轧模齿T2与杆形材料w的生成的齿轮齿接合，并且圆形模35、圆形模45在此状态下旋转。因此，精轧过程开始。

在精轧过程中，第一马达34和第二马达44的致动由旋转控制装置50控制成使得形成在圆形模35、圆形模45的第二外周缘区域B上的精轧模齿T2与形成在杆形材料w的外周缘上的生成的齿轮齿接合以旋转。在精轧过程中，生成的齿轮齿的齿表面精度通过用精轧模齿T2研磨生成的齿轮齿的齿表面而提高。当精轧过程的执行时间达到预定的设置时间时，第一马达34和第二马达44的致动停止，并且通过致动第一液压缸36和第二液压缸46，第一保持件31和第二保持件41缩回。因此，圆形模35、圆形模45与杆形材料w分离。因而，将应用了成形轧制的杆形材料w从支承部20移除。因此，齿轮齿(成形轧制齿轮齿；生成的齿轮齿)通过成形轧制形成在杆形材料w的外周缘表面上。

图7示出了在成形过程的结束期间成形模齿T1与在杆形材料w的外周缘上生成的生成的齿轮齿T3的接合。如图7中由部分R1、部分R2所指示的，成形模齿T1和生成的齿轮齿T3以无齿隙的方式接合。此外，在成形过程期间，由于成形模齿T1被推压至生成的齿轮齿T3上(穿入生成的齿轮齿T3)，则如图7中的部分R3所标示的，成形模齿T1的齿顶与生成的齿轮齿T3的齿槽底面接触。

根据横切进给(in-feed)成形轧制，在成形过程中生成齿时或生成齿之后，同时建立两种类型的接触状态，即：齿轮啮合接触状态和具有摩擦的滚动接触状态，在齿轮啮合接触状态中，成形模齿T1与在杆形材料w的外周缘上生成的生成的齿轮齿T3接合以旋转(在接合状态下旋转；接合并且旋转)；在具有摩擦的滚动接触状态下，杆形材料w在成形模齿T1的齿顶与生成的齿轮齿T3的齿槽底面接触的状态下进行轧制。在同时建立上述不同接触状态的情况下，圆形模35、圆形模45的驱动扭矩发生周期性波动，并且由于驱动扭矩的波动在已生成的生成的齿轮齿T3的齿线处产生起伏。即，根据成形过程，由于在成形模齿T1与生成的齿轮齿T3啮合并且旋转的同时穿入力通过成形模齿T1的齿顶而施加在生成的齿轮齿T3的齿槽底面上，因此在生成的齿轮齿T3的齿线处产生了起伏。在那种情形中，通过在生成生成的齿轮齿T3之后停止成形模齿T1的穿入操作以及通过使用成形模齿T1对生成的齿轮齿T3应用精轧过程，齿线的起伏得到轻微地校正，然而，这种校正是不够的。响应于前述情形，根据本实施方式，使用除了齿顶之外与成形模齿T1具有相同构型的精轧模齿T2对生成的齿轮齿应用精轧过程。

图8示出了在精轧过程期间精轧模齿T2与形成在杆形材料w的外周缘上的生成的齿轮齿T3的接合状态。精轧模齿T2除了齿顶之外与成形模齿T1具有相同的构型。因此，在精轧过程中，与成形过程类似，精轧模齿T2与生成的齿轮齿T3以无齿隙的方式接合。另一方面，由于精轧模齿T2的齿高H2比成形模齿T1的齿高H1更短，因此精轧模齿T2的齿高H2比由成形模齿T1生成的生成的齿轮齿T3的齿高更短。因此，如图8中的部分R6所标示的，在精轧过程中，精轧模齿T2的齿顶没有与生成的齿轮齿T3的齿槽底面接触。

即，在精轧过程中，精轧模齿T2与生成的齿轮齿T3的接触状态对应于齿轮啮合接触状态，并且没有建立具有摩擦的滚动接触状态。因此，没有对生成的齿轮齿T3施加大的穿入力(推力)。因此，减小了由穿入力所引起的圆形模35、圆形模45的驱动扭矩的波动。因此，齿线的起伏被充分地校正。另外，由于精轧模齿T2与生成的齿轮齿T3在精轧过程期间彼此以无齿隙的方式接合，所以能够避免由齿隙的生成所引起的成形精度的下降。因此，能够进一步减小齿线的起伏。

图9示出了在成形过程和精轧过程期间杆形材料w在圆形模35、圆形模45上的轧制轨迹。在成形过程的开始，杆形材料w的外周缘表面在第一外周缘区域A中的通过A1(参见图9)指示的位置处与圆形模35、圆形模45相接触。圆形模35、圆形模45从位置A1在通过图9中的箭头所指示的顺时针方向上在第一外周缘区域A上轧制。成形过程通过在第一外周缘区域A上轧制的杆形材料w来执行。在成形过程的进程中，在杆形材料w的外周缘上生成齿轮齿(生成的齿轮齿)。生成有生成的齿轮齿的杆形材料w’到达第一外周缘区域A与第二外周缘区域之间的边界(boarder)位置AB。当杆形材料w’到达边界位置AB时，成形过程完成。此后，杆形材料w’沿着顺时针方向在第二外周缘区域B上轧制。精轧过程由在外周缘区域B上轧制的杆形材料w’来执行。接着，当杆形材料w’到达圆形模35、圆形模45的外周缘区域B中的用B1指示的位置时，精轧过程完成。因此，连续地执行成形过程和精轧过程。

图10示出了示出杆形材料w的累加旋转数与模齿在杆形材料w的外周缘表面上的穿入量(推入量)的关系的图表。杆形材料w的累加旋转数示出从成形轧制开始(从成形过程起始)杆形材料w在圆形模35、圆形模45上的移动距离(轧制距离)。

如图10中所示，执行成形过程直至杆形材料w的从成形轧制起始累加的旋转数达到N1为止。即，杆形材料w在圆形模35、圆形模45的第一外周缘区域A上轧制。在那些情形中，穿入量随着杆形材料w的累加旋转数增加而增加。因此，在成形过程期间，成形模齿T1的穿入力(推力)施加在杆形材料w的外周缘表面上。生成的齿轮齿(多个齿)T3通过穿入力而形成在杆形材料w的外周缘表面上。

当杆形材料w的累加旋转数达到N1时，执行精轧过程。即，杆形材料w在圆形模35、圆形模45的第二外周缘区域B上轧制。在那些情形中，穿入力(推力)没有改变。即，穿入力没有影响杆形材料w。此外，如上所述，精轧模齿T2的齿顶没有与生成的齿轮齿T3的齿槽底面接触。因此，在成形过程期间通过将在杆形材料w上施加穿入力所生成的生成的齿轮齿T3的齿线的起伏在精轧过程期间被校正。因此，提高了形成生成的齿轮齿T3的精度。

以下将对修改的示例进行说明。图11示出根据本实施方式的修改示例的圆形模的前视图。在改进示例的圆形模的外周缘表面上，在周向方向上交替地形成有多个第一外周缘区域A和多个第二外周缘区域B。更特别地，第一外周缘区域A包括外周缘区域A1、外周缘区域A2以及外周缘区域A3，而第二外周缘区域B包括外周缘区域B1、外周缘区域B2以及外周缘区域B3。形成在圆形模的外周缘上的外周缘区域A1、外周缘区域B1、外周缘区域A2、外周缘区域B2、外周缘区域A3以及外周缘区域B3以所述顺序沿着顺时针方向布置。外周缘区域A1、外周缘区域A2、外周缘区域A3的周向长度相同。外周缘区域B1、外周缘区域B2、外周缘区域B3的周向长度相同。彼此具有相同构型的成形模齿T1分别形成在外周缘区域A1、外周缘区域A2、外周缘区域A3上。彼此具有相同构型的精轧模齿T2分别形成在外周缘区域B1、外周缘区域B2、外周缘区域B3上。

在通过使用图11中示出的圆形模在杆形材料的外周缘上成形轧制螺旋齿轮齿(螺旋生成的齿轮齿)的情况下，例如，如图12中所示，杆形材料W1、杆形材料W2、杆形材料W3的外周缘表面分别与外周缘区域A1、外周缘区域A2、外周缘区域A3相接触。接着，杆形材料W1、杆形材料W2、杆形材料W3分别在外周缘区域A1、外周缘区域A2、外周缘区域A3上轧制，并且成形模齿T1在径向向内方向上逐渐推压至(逐渐穿入)杆形材料W1、杆形材料W2、杆形材料W3中。在那些情形中，圆形模的旋转方向控制成使得杆形材料W1、杆形材料W2、杆形材料W3的轧制方向反向，即，杆形材料W1、杆形材料W2、杆形材料W3沿着顺时针方向(CW方向)和逆时针方向(CCW方向)两个途径移动。因此，在杆形材料W1、杆形材料W2、杆形材料W3中的每一者的外周缘上生成齿轮齿(生成的齿轮齿)(成形过程)。

在成形模齿T1在杆形材料W1、杆形材料W2、杆形材料W3上穿入的穿入量(推入量)达到预定量之后，在外周缘表面处生成有生成的齿轮齿的杆形材料W1’、杆形材料W2’、杆形材料W3’分别移动至外周缘区域B1、外周缘区域B2、外周缘区域B3并且分别在外周缘区域B1、外周缘区域B2、外周缘区域B3上进行轧制。在那些情形中，圆形模的旋转方向控制成使得杆形材料W1’、杆形材料W2’、杆形材料W3’的轧制方向反向。因此，提高了形成在杆形材料W1’、杆形材料W2’、杆形材料W3’的外周缘表面上的生成的齿轮齿的精度。在杆形材料W1’、杆形材料W2’、杆形材料W3’分别在外周缘区域B1、外周缘区域B2、外周缘区域B3上沿着顺时针方向和逆时针方向移动预定的次数之后，精轧过程完成。

图13是示出了在通过使用根据本实施方式的修改示例的圆形模来执行成形过程和精轧过程的情况下，杆形材料W1、杆形材料W2、杆形材料W3的累加旋转数与模齿穿入到杆形材料W1、杆形材料W2、杆形材料W3上的穿入量(推入量)的关系的图表。如图13中所示，从成形轧制开始执行成形过程，直至杆形材料的累加旋转数达到N1为止。即，杆形材料W1、杆形材料W2、杆形材料W3在圆形模35、圆形模45的第一外周缘区域A上轧制。在那些情形中，穿入量(推入量)随着杆形材料W1、杆形材料W2、杆形材料W3的累加旋转数增大而增加。因此，在成形过程期间，成形模齿T1的穿入力(推力)施加至杆形材料W1、杆形材料W2、杆形材料W3的外周缘表面上。通过穿入力(推力)，在杆形材料W1、杆形材料W2、杆形材料W3的外周缘上生成生成的齿轮齿T3。

在杆形材料W1、杆形材料W2、杆形材料W3的累加旋转数达到N1之后，执行精轧过程。在精轧过程期间，穿入量(推入量)没有改变。即，在精轧过程期间，不将穿入力(推力)施加至杆形材料W1’、杆形材料W2’、杆形材料W3’。此外，与本实施方式类似，精轧模齿的齿顶没有与生成的齿轮齿的齿槽底面相接触。因此，在成形过程期间通过在杆形材料W1’、杆形材料W2’、杆形材料W3’上施加穿入力(推力)所生成的生成的齿轮齿的齿线的起伏在精轧过程期间被校正。因此，提高了生成的齿轮齿的成形精度。

此外，如图13中所示，杆形材料W1、杆形材料W2、杆形材料W3的旋转方向在成形过程和精轧过程两个过程中改变成反向。因此，通过杆形材料W1、杆形材料W2、杆形材料W3的反向旋转，能够提高生成的齿轮齿的齿表面的构型的精度。此外，根据本实施方式的改进示例，能够通过使用单个圆形模利用成形轧制对多个(在本示例中是三个)杆形材料进行加工。更进一步，能够使圆形模在周向方向上的磨损量均匀(圆形模能够在周向方向上被均匀地磨损)。

如上所述，本实施方式的成形轧制设备1通过横切进给成形轧制来在杆形材料的外周缘表面上形成螺旋齿轮齿(螺旋生成的齿轮齿)。成形轧制设备1包括：将杆形材料w支承为能够在轴向方向上旋转的支承部；圆形模35、圆形模45，该圆形模35、圆形模45能够绕与由支承部20所支承的杆形材料w的轴向方向平行的旋转轴(轴线)旋转，圆形模35、圆形模45定位成使得模齿面向由支承部20所支承的杆形材料w的外周缘表面；分别致动圆形模35、圆形模45以进行旋转的第一马达34和第二马达44；以及第一液压缸36和第二液压缸46，该第一液压缸36和该第二液压缸46分别使圆形模35、圆形模45在正交于圆形模35、圆形模45的旋转轴(轴线)的轴向方向的方向上(X方向)移动，从而改变第一圆形模35与由支承部20所支承的杆形材料w之间的轴线的距离和第二圆形模45与由支承部20所支承的杆形材料w之间的轴线的距离。此外，模齿包括成形模齿T1和精轧模齿T2，成形模齿T1用于在杆形材料w的外周缘表面上生成生成的齿轮齿T3，精轧模齿T2通过与生成的齿轮齿T3接合且旋转来提高生成的齿轮齿T3的齿表面精度。精轧模齿T2的构型形成为使得精轧模齿T2的齿顶不与生成的齿轮齿T3的齿槽底面接触。此外，精轧模齿T2的齿高比成形模齿T1的齿高更短。更进一步，精轧模齿T2通过从与所述成形模齿T1具有相同构型的齿去除(切除)包括齿顶面的齿顶区域P而形成。

此外，本实施方式的成形轧制方法包括成形过程和精轧过程，该成形过程用于通过在形成在圆形模35、圆形模45的外周缘上的成形模齿(单个齿)T1与被以能够旋转的方式支承的杆形材料w的外周缘表面相接触的状态下使旋转圆形模35、圆形模45旋转的同时在外周缘表面处沿着径向向内方向穿入杆形材料w的成形模齿T1来在杆形材料w的外周缘表面上生成齿轮齿(生成的齿轮齿)；该精轧过程用于通过使形成在圆形模35、圆形模45的外周缘上的精轧模齿T2与在杆形材料w的外周缘表面上生成的生成的齿轮齿T3接合并且通过使圆形模35、圆形模45在接合状态下旋转来提高生成的齿轮齿T3的齿表面精度。在精轧过程中，精轧模齿T2和生成的齿轮齿T3接合成使得精轧模齿T2的齿顶不与生成的齿轮齿T3的齿槽底面接触。

根据本实施方式，在应用横切进给成形轧制的圆形模35、圆形模45中的每一者的外周缘上形成有具有不同构型的成形模齿T1和精轧模齿T2。成形模齿T1应用于生成生成的齿轮齿T3(在成形过程期间)，并且精轧模齿T2应用于精轧生成的齿轮齿T3(在精轧过程期间)。此外，精轧模齿T2形成为使得齿顶不与生成的齿轮齿T3的齿槽底面接触。因此，在精轧期间，精轧模齿T2的齿顶不与生成的齿轮齿T3的齿槽底面接触，并且由圆形模35、圆形模45施加的穿入力不影响杆形材料w。因此，能够减小通过已知的横切进给成形轧制所生成的扭矩的周期性波动的程度，并且能够充分地校正齿线的由扭矩波动所生成的起伏。

此外，根据本实施方式的成形轧制设备1，精轧模齿T2构造成与生成的齿轮齿T3以无齿隙的方式接合。类似地，根据本实施方式的成形轧制方法，在精轧过程中，精轧模齿T2与生成的齿轮齿T3以无齿隙的方式接合。因此，能够避免由于齿隙引起的齿表面精度的降低。因此，能够进一步提高生成的齿轮齿的齿表面精度。

成形轧制设备和成形轧制方法的公开内容不限于上述实施方式。例如，根据本实施方式，在成形过程中，穿入力施加于杆形材料w，而在精轧过程中穿入力不施加于杆形材料w，然而，根据可替代的结构，如图14所示，在精轧过程的初始阶段，穿入力可以施加于杆形材料w。即，只要在精轧过程的最终阶段穿入力不施加于杆形材料w，在该过程期间施加穿入力是允许的。此外，根据本实施方式，解释了使用一对模对杆形材料进行成形轧制，然而，根据可替代的结构，杆形材料可以通过使用单个模进行成形轧制来形成。

根据本公开内容，精轧模齿T2的齿高形成为比通过成形轧制由成形模齿所形成的生成的齿轮齿的齿高更短。

根据本公开内容，成形轧制设备1包括旋转控制装置50，该旋转控制装置50用于将旋转驱动装置34、44控制成使得在成形过程期间——在该成形过程期间，在杆形材料的外周缘表面上生成齿轮齿——成形模齿T1与杆形材料w的外周缘表面接触，并且使得在精轧过程期间——在该精轧过程期间，提高了生成的齿轮齿的齿表面精度——生成的齿轮齿与精轧模齿接合。

根据本公开内容，成形轧制设备1包括位置控制装置60，该位置控制装置60用于控制移动装置(第一液压缸36、第二液压缸46)使得在成形过程期间——在该成形过程期间，在杆形材料w的外周缘表面上生成齿轮齿(生成的齿轮齿)——圆形模35、45与杆形材料w之间的轴线距离减小。在那些情形中，位置控制装置60)制移动装置(第一液压缸36、第二液压缸46)使得在精轧过程期间——在该精轧过程期间，提高了生成的齿轮齿的齿表面精度——圆形模35、45与杆形材料W之间的轴线的距离不改变。

根据本公开内容，成形模齿形成为与生成的齿轮齿以无齿隙的方式接合。

Claims (6)

1.一种用于对杆形材料(W)的外周缘表面应用横切进给成形轧制以生成螺旋齿轮齿的成形轧制设备，所述成形轧制设备包括：

支承部(20)，所述支承部(20)构造成将所述杆形材料(W)支承为能够在轴向方向上旋转；

圆形模(35、45)，在所述圆形模(35、45)的外周缘上形成有模齿(T1、T2)，所述圆形模(35、45)能够绕旋转轴线旋转，所述旋转轴线构造成平行于构造成由所述支承部(20)支承的所述杆形材料(W)的轴向方向布置，所述模齿(T1、T2)构造成面向构造成由所述支承部(20)支承的所述杆形材料(W)的所述外周缘表面定位；

旋转驱动装置(34、44)，所述旋转驱动装置(34、44)旋转地致动所述圆形模(35、45)；以及

移动装置(36、46)，所述移动装置(36、46)使所述圆形模(35、45)沿着正交于所述圆形模(35、45)的所述旋转轴线的方向移动，使得所述圆形模(35、45)的轴线与所述杆形材料(W)的轴线的距离改变；其中

所述模齿(T1、T2)包括成形模齿(T1)和精轧模齿(T2)，所述成形模齿(T1)用于在所述杆形材料(W)的所述外周缘表面上生成齿轮齿(T3)；所述精轧模齿(T2)通过与所生成的齿轮齿(T3)接合并且旋转来提高所生成的齿轮齿(T3)的齿表面精度；并且其中

所述精轧模齿的构型形成为各自具有如下齿顶：所述齿顶不与所生成的齿轮齿(T3)的齿槽底面接触。

2.根据权利要求1所述的成形轧制设备，其中，所述精轧模齿(T2)的齿高比所述成形模齿(T1)的齿高更短。

3.根据或者权利要求1或者2所述的成形轧制设备，其中，所述精轧模齿(T2)中的每个齿均通过从与所述成形模齿(T1)的齿具有相同构型的齿上去除包括齿顶面的齿顶区域而形成。

4.根据前述权利要求1至3中的任一项所述的成形轧制设备，其中，所述精轧模齿(T2)形成为与所生成的齿轮齿(T3)以无齿隙的方式接合。

5.一种用于对杆形材料(W)的外周缘表面应用横切进给成形轧制以形成螺旋齿轮齿(T3)的成形轧制方法，所述成形轧制方法包括：

成形过程，所述成形过程用于通过形成在圆形模(35、45)的外周缘上的成形模齿(T1)以如下过程在所述杆形材料(W)的所述外周缘表面上生成齿轮齿(T3)：在所述成形模齿(T1)与被以能够旋转的方式支承的所述杆形材料(W)的所述外周缘表面相接触的状态下使所述圆形模(35、45)旋转的同时，所述成形模齿(T1)沿着所述杆形材料(W)的径向向内方向穿入所述杆形材料(W)的所述外周缘表面；以及

精轧过程，所述精轧过程用于通过在形成于所述圆形模(35、45)的所述外周缘上的精轧模齿(T2)与生成在所述杆形材料(W)的所述外周缘表面上的所生成的齿轮齿(T3)接合的状态下使所述圆形模(35、45)旋转来提高所生成的齿轮齿(T3)的齿表面精度；其中

所述精轧模齿(T2)与所生成的齿轮齿(T3)接合成使得所述精轧模齿(T2)中的每个精轧模齿的齿顶在所述精轧过程中不与所生成的齿轮齿(T3)的齿槽底面接触。

6.根据权利要求5所述的成形轧制方法，其中，所述精轧模齿(T2)与所生成的齿轮齿(T3)在所述精轧过程中以无齿隙的方式接合。