CN113210551A - 一种面齿轮滚轧加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种面齿轮滚轧加工方法，面齿轮滚轧加工方法包括以下过程：采用圆柱齿轮作为工具轮，控制被轧面齿轮与工具轮强制啮合，并控制被轧面齿轮沿轴向进给，使工具轮连续轧制出被轧面齿轮的所有齿，同时采用辅助面齿轮与工具轮无侧隙啮合，使工具轮位于辅助面齿轮和被轧面齿轮之间，并保证辅助面齿轮和工具轮的支承位置固定不变。本发明利用圆柱齿轮和面齿轮的强制啮合加工出被轧面齿轮，辅助面齿轮能够抵抗来自于工具轮与被轧面齿轮强制啮合的作用力，保证工具轮的使用和加工效果。由于辅助面齿轮和工具轮的支承位置固定不变，只有被轧面齿轮在滚轧过程中轴向进给，相比现有滚轧成形工艺来说，本发明更加容易实现，且控制方便。
Description
技术领域
本发明涉及面齿轮滚轧技术领域，具体涉及一种面齿轮滚轧加工方法。
背景技术
面齿轮传动是一种面齿轮与圆柱齿轮相啮合的传动机构，该传动机构具有支撑结构简单、体积小、主动轮无轴向力、对安装误差不敏感等优点，被应用于直升飞机的主减速传动系统中。面齿轮的制齿方法有插齿、铣齿、滚齿和车齿加工等，这些加工方法统称为切削加工法，存在加工效率低、生产成本高的缺陷。同时切齿加工会破坏金属材料流线，降低齿根弯曲强度和齿面的接触疲劳强度。因此，需要找到一种先进加工方法来替代传统的切削加工。
滚轧成形是近净成形加工方法的一种，具有生产效率高、制齿成本低的优点，作为一种无金属损失的加工技术，解决了切削加工中材料利用率低下的问题，能够在轮齿的表面和表层以下，形成均匀致密的材料组织，能够有效提高齿轮的使用寿命。
目前，滚轧成形主要应用于圆柱齿轮和圆锥齿轮加工，被加工齿轮夹设在两个工具轮之间，需要控制两个工具轮同步进给，导致控制系统和加工设备结构比较复杂。因此，如何使滚轧成形更好的应用于面齿轮加工，是目前亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现面齿轮的滚轧成形、且控制方便、能够保证工具轮使用寿命和滚轧质量的面齿轮滚轧加工方法。
为实现上述目的，本发明中的面齿轮滚轧加工方法采用如下技术方案：
一种面齿轮滚轧加工方法，包括以下过程：
采用圆柱齿轮作为工具轮，控制被轧面齿轮与工具轮强制啮合，并控制被轧面齿轮沿轴向进给，使工具轮连续轧制出被轧面齿轮的所有齿，同时采用辅助面齿轮与工具轮无侧隙啮合，使工具轮位于辅助面齿轮和被轧面齿轮之间，并保证辅助面齿轮和工具轮的支承位置固定不变。
上述技术方案的有益效果在于：采用圆柱齿轮作为工具轮，控制被轧面齿轮与工具轮强制啮合，并控制被轧面齿轮沿轴向进给，从而利用圆柱齿轮和面齿轮的强制啮合加工出被轧面齿轮，不需要大吨位锻压设备，相比于切削加工面齿轮来说，加工效率大幅度提升，材料在加工过程中几乎无金属损失，轮齿疲劳强度高；相比于精锻面齿轮来说，模具就是工具轮，比精锻使用的型腔模具制造成本大幅度降低；由于滚轧是连续加工，所需滚轧设备吨位小，设备的购置价格大幅度降低。
同时，辅助面齿轮与工具轮无侧隙啮合，工具轮位于辅助面齿轮和被轧面齿轮之间，辅助面齿轮和工具轮的支承位置固定不变，使得辅助面齿轮能够抵抗来自于工具轮与被轧面齿轮强制啮合的作用力，保证工具轮的使用效果和加工效果。由于辅助面齿轮和工具轮的支承位置固定不变，只有被轧面齿轮在滚轧过程中轴向进给，相比现有的滚轧成形工艺来说，本发明更加容易实现，且控制方便。
进一步的，将被轧面齿轮安装在一个滑台上，滑台能够沿被轧面齿轮的轴线方向运动，以实现被轧面齿轮的轴向进给。
上述技术方案的有益效果在于：安装在滑台上准确控制面齿轮的轴向位移从而实现被轧面齿轮的轴向进给。
进一步的，通过设置挡止结构或者行程开关控制滑台的极限运动位置，以控制被轧面齿轮的齿全高。
上述技术方案的有益效果在于：设置挡止结构或者行程开关，可以控制滑台的极限运动位置，从而控制被轧面齿轮的齿全高，保证加工尺寸符合技术要求。
进一步的，辅助面齿轮和被轧面齿轮同轴设置，工具轮的轴线与辅助面齿轮和被轧面齿轮的轴线相交。
上述技术方案的有益效果在于：保证工具轮和被轧面齿轮之间产生的沿工具轮径向方向的轧制力、与工具轮和辅助面齿轮之间沿工具轮径向方向的力方向相反，相互抵消。
进一步的，在轧制被轧面齿轮前和轧制过程中对被轧面齿轮进行感应加热。
上述技术方案的有益效果在于：热轧方式更加有利于金属塑性变形，滚轧出合格的面齿轮。
进一步的，加热温度在900℃~1150℃时进行初轧。
上述技术方案的有益效果在于：此温度区间下，钢材易于塑性流动，滚轧力大幅度降低，适合进行初轧。
进一步的，加热温度在450℃~550℃时进行精轧。
上述技术方案的有益效果在于：此温度区间下，热胀冷缩变形小，齿坯氧化层浅，易于提高面齿轮轧制的齿面精度，适合进行精轧。
附图说明
图1为本发明中面齿轮滚轧加工方法的示意图（剖视）；
图2为本发明中面齿轮滚轧加工方法的示意图（外观）；
图3为实施本发明中面齿轮滚轧加工方法的加工设备的结构图。
图中：1、工具轮；2、被轧面齿轮；3、辅助面齿轮；4、底座；5、滑轨；6、滑板；7、被轧面齿轮安装座；8、第一电机；9、工具轮安装座；10、第二电机；11、辅助面齿轮安装座。
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，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
本发明中面齿轮滚轧加工方法的一个实施例如图1和图2所示，包括以下过程：
本发明采用圆柱齿轮作为工具轮1（即滚轧轮），工具轮1的齿数与最终成品的被轧面齿轮2相啮合的圆柱齿轮的齿数相同，控制被轧面齿轮2与工具轮1强制啮合，因此工具轮1和被轧面齿轮2的模数和压力角相同，工具轮1和被轧面齿轮2的转速比在加工过程中恒定，其值等于被轧面齿轮2与工具轮1的齿数比。
在工具轮1与被轧面齿轮2强制啮合的同时，还设置有一个辅助面齿轮3与工具轮1无侧隙啮合，也即辅助面齿轮3和工具轮1的模数和压力角也相同。使工具轮1位于辅助面齿轮3和被轧面齿轮2之间，且在轧制过程中，保证辅助面齿轮3和工具轮1的支承位置固定不变，而仅控制被轧面齿轮2沿轴向进给，以使工具轮1连续轧制出被轧面齿轮2的所有齿。也即，本发明利用圆柱齿轮和面齿轮的强制啮合加工出被轧面齿轮2，不需要大吨位锻压设备，相比于切削加工面齿轮来说，加工效率大幅度提升，材料在加工过程中几乎无金属损失，轮齿疲劳强度高；相比于精锻面齿轮来说，模具就是工具轮，比精锻使用的型腔模具制造成本大幅度降低；由于滚轧是连续加工，所需滚轧设备吨位小，设备的购置价格大幅度降低。
同时，辅助面齿轮3与工具轮1无侧隙啮合，工具轮1位于辅助面齿轮3和被轧面齿轮2之间，辅助面齿轮3和工具轮1的支承位置固定不变，使得辅助面齿轮3能够抵抗来自于工具轮1与被轧面齿轮2强制啮合的作用力，保证工具轮1的使用寿命和滚轧质量。由于只有被轧面齿轮2作轴向进给，相比现有的滚轧成形工艺来说，本发明更加容易实现，且控制方便。
进一步的，为了方便控制被轧面齿轮2的轴向进给运动，将被轧面齿轮2安装在一个滑台上，滑台能够带动被轧面齿轮2沿其轴线方向运动，以实现被轧面齿轮2的轴向进给。另外，通过设置挡止结构或者行程开关可以控制滑台的极限运动位置，以控制被轧面齿轮2的齿全高，避免加工尺寸超差。
进一步的，如图1所示，辅助面齿轮3和被轧面齿轮2同轴设置，轴线为Zm，工具轮1的轴线Zy与辅助面齿轮3和被轧面齿轮2的轴线Zm相交于O点，被轧面齿轮2与工具轮1的轴交角为Σ1，辅助面齿轮3与工具轮1的轴交角为Σ2，Σ1+Σ2=180°，这样能够保证工具轮1和被轧面齿轮2之间产生的沿工具轮1径向方向的轧制力、与工具轮1和辅助面齿轮3之间沿工具轮1径向方向的力方向相反，相互抵消。
进一步的，在轧制被轧面齿轮2前和轧制过程中对被轧面齿轮2进行感应加热，这样更加有利于被轧面齿轮2的成型。加热温度在900℃~1150℃时进行初轧，这是因为钢材在900℃~1150℃温度下是奥氏体组织，特别易于塑性流动，滚轧力大幅度降低，但齿面易于氧化，在热涨冷缩的作用下，齿面精度有所降低，适合于初轧。加热温度在450℃~550℃时进行精轧，这是因为钢材在450℃~550℃下，仍然具有一定的延展性，齿面氧化层浅，热胀冷缩变形小，易于提高面齿轮轧制的齿面精度，特别适合精滚轧成形。
用于实施上述面齿轮滚轧加工方法的加工设备如图3所示，加工设备包括底座4和设置在底座4上的滑台，具体的，滑台包括固定在底座4上的滑轨5以及导向滑动安装在滑轨5上的滑板6，图3中所示滑板6的滑动方向为左右方向。滑台具体可以是液压滑台，由液压缸驱动滑板6左右滑动，当然也可以是电动滑台，由驱动电机驱动丝杠转动，进而通过丝杠螺母传动机构带动滑板6左右滑动。
滑板6上固定有被轧面齿轮安装座7，被轧面齿轮安装座7上安装有第一主轴（图中未标记），第一主轴用于安装被轧面齿轮2，被轧面齿轮安装座7上还安装有用于驱动第一主轴转动、进而带动被轧面齿轮2转动的第一电机8。整个被轧面齿轮安装座7可以随滑板6左右滑动，实现被轧面齿轮2沿轴向进给。为了控制被轧面齿轮2的极限运动位置，保证加工质量，在滑轨5上设置有挡止结构或者行程开关（图中未示出），当滑板6向右移动至接触到挡止结构（可以为挡块或挡板）时，滑板6无法继续右移，或者当滑板6向右移动至触发行程开关时，滑台的液压缸或者驱动电机停止动作，从而控制滑板6的极限运动位置。
加工设备还包括设置在底座4上的工具轮安装座9和辅助面齿轮安装座11，工具轮安装座9上安装有第二主轴（图中未标记），第二主轴上安装有工具轮1，且工具轮1为圆柱齿轮。工具轮安装座9上还安装有用于驱动第二主轴转动、进而带动工具轮1转动的第二电机10，第二电机10和第一电机8均为伺服电机，在滑台、第一电机8和第二电机10的配合下，被轧面齿轮2与工具轮1强制啮合。
辅助面齿轮安装座11上安装有第三主轴（图中未标记），第三主轴上转动安装有辅助面齿轮3，辅助面齿轮安装座11与工具轮安装座9配合，使辅助面齿轮3和工具轮1无侧隙啮合，结合图1和图2所示，且使工具轮1位于辅助面齿轮3和被轧面齿轮2之间，并保证辅助面齿轮3和工具轮1的支承位置固定不变。具体的，工具轮安装座9相对于底座4固定设置，辅助面齿轮安装座11可以安装在上述的滑轨5上，以便左右滑动使辅助面齿轮3与工具轮1啮合，当然需要在辅助面齿轮安装座11上设置固定结构，以便在滑动到位后对其进行固定，固定结构具体可以是顶丝或压板。
由于辅助面齿轮安装座11和被轧面齿轮安装座7均安装在滑轨5上，使得两个安装座正对布置，并使得第一主轴和第三主轴同轴，进而保证被轧面齿轮2和辅助面齿轮3同轴。同时，三个安装座还能够保证工具轮1的轴线与辅助面齿轮3和被轧面齿轮2的轴线相交，因此被轧面齿轮2与工具轮1的轴交角和工具轮1与辅助面齿轮3的轴交角之和为180°，以保证工具轮1和被轧面齿轮2产生的沿工具轮1径向方向的轧制力、与工具轮1与辅助面齿轮3啮合的沿工具轮1径向方向的力方向相反，相互抵消。
加工设备在使用时，工具轮1的齿数与被轧面齿轮2相啮合的圆柱齿轮的齿数相同，工具轮1、被轧面齿轮2和辅助面齿轮3模数和压力角相同。被轧面齿轮2由第一电机8驱动转动，工具轮1由第二电机10驱动转动，辅助面齿轮3为随动，使被轧面齿轮2与工具轮1在滑台和电机的控制下强制啮合，工具轮1和被轧面齿轮2的转速比在加工过程中恒定，其值等于被轧面齿轮2与工具轮1的齿数比。在工具轮1与被轧面齿轮2强制啮合的同时，还与辅助面齿轮3无侧隙啮合，从而使来自于工具轮1与被轧面齿轮2产生的与工具轮1径向方向相同的轧制力、通过工具轮1与辅助面齿轮3的无侧隙啮合传递到辅助面齿轮3的主轴上，再通过辅助面齿轮安装座11传递到滚轧加工设备的底座4上。
在轧制过程中，工具轮1与辅助面齿轮3的支承位置不动，被轧面齿轮2及被轧面齿轮安装座7随滑板6沿轴向作进给运动，从而完成面齿轮的滚轧。滑台上的挡止结构或者行程开关可以控制被轧面齿轮2的极限运动位置，进而控制被轧面齿轮2的齿全高，保证加工质量。另外，在轧制前和轧制过程中对被轧面齿轮2进行感应加热，使轧制温度达到900℃~1150℃，在该温度下钢材易于塑性流动，滚轧力大幅度降低，用于初轧面齿轮。当轧制温度达到450℃~550℃，再开始精轧，此时热胀冷缩变形小，齿坯氧化层浅，易于提高面齿轮轧制的齿面精度。
在面齿轮滚轧加工方法的其他实施例中，精轧温度可根据面齿轮材料的不同进行调节。
在面齿轮滚轧加工方法的其他实施例中，初轧温度可根据面齿轮材料的不同进行调节。
在面齿轮滚轧加工方法的其他实施例中，在轧制被轧面齿轮前和轧制过程中可以不加热，此时为冷轧。
在面齿轮滚轧加工方法的其他实施例中，辅助面齿轮和被轧面齿轮不同轴，其轴线平行，此时工具轮的轴线可分别与辅助面齿轮和被轧面齿轮的轴线相交。
在面齿轮滚轧加工方法的其他实施例中，不设置挡止结构或者行程开关。
在面齿轮滚轧加工方法的其他实施例中，被轧面齿轮不是安装在滑台上，例如可以安装在气缸或液压缸的伸缩端，当然也可以安装在压力机的伸缩端，被轧面齿轮上下移动。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种面齿轮滚轧加工方法，其特征在于，包括以下过程：
采用圆柱齿轮作为工具轮（1），控制被轧面齿轮（2）与工具轮（1）强制啮合，并控制被轧面齿轮（2）沿轴向进给，使工具轮（1）连续轧制出被轧面齿轮（2）的所有齿，同时采用辅助面齿轮（3）与工具轮（1）无侧隙啮合，使工具轮（1）位于辅助面齿轮（3）和被轧面齿轮（2）之间，并保证辅助面齿轮（3）和工具轮（1）的支承位置固定不变。
2.根据权利要求1所述的面齿轮滚轧加工方法，其特征在于，将被轧面齿轮（2）安装在一个滑台上，滑台能够沿被轧面齿轮（2）的轴线方向运动，以实现被轧面齿轮（2）的轴向进给。
3.根据权利要求2所述的面齿轮滚轧加工方法，其特征在于，通过设置挡止结构或者行程开关控制滑台的极限运动位置，以控制被轧面齿轮（2）的齿全高。
4.根据权利要求1~3任意一项所述的面齿轮滚轧加工方法，其特征在于，辅助面齿轮（3）和被轧面齿轮（2）同轴设置，工具轮（1）的轴线与辅助面齿轮（3）和被轧面齿轮（2）的轴线相交。
5.根据权利要求1~3任意一项所述的面齿轮滚轧加工方法，其特征在于，在轧制被轧面齿轮（2）前和轧制过程中对被轧面齿轮（2）进行感应加热。
6.根据权利要求5所述的面齿轮滚轧加工方法，其特征在于，加热温度在900℃~1150℃时进行初轧。
7.根据权利要求5所述的面齿轮滚轧加工方法，其特征在于，加热温度在450℃~550℃时进行精轧。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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