CN114192646B - 一种内外齿零件旋压成形时旋轮齿形轮廓线的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内外齿零件旋压成形时旋轮齿形轮廓线的设计方法，首先确定芯模与旋轮之间的齿数比，及所述旋轮的齿数，然后根据内外齿零件的外部轮廓形状，采用范成法获得所述旋轮的齿形轮廓线初步形状；再根据旋压成形过程中坯料各变形部位与所述芯模或所述旋轮之间的接触、摩擦情况以及由此产生的不均匀变形，结合所述内外齿零件的壁厚要求对所述旋轮的齿形轮廓初步形状进行调整，从而得到所述旋轮的齿形轮廓线。本发明以克服现有技术的不足。

Description

一种内外齿零件旋压成形时旋轮齿形轮廓线的设计方法

技术领域

本发明涉及金属材料的塑性成形技术，更具体地说，涉及一种内外齿零件旋压成形时旋轮齿形轮廓线的设计方法。

背景技术

内外齿零件常用的几种塑性加工方法，包括滚挤、滚打、径向锻打等，由于这些塑性成形方法均要针对逐个齿廓进行成形，并且工具多伴有轴向和径向往复移动，不仅生产效率低下，而且后面成形的齿还会对前面已成形的齿产生影响，导致难以获得高精度的齿廓。而现有的内外齿零件旋压成形工艺，旋轮与芯模之间通过滚动使坯料变形，从而获得高精度的内外齿零件。

啮合齿轮类零件的齿形轮廓设计，一般采用范成法，若仅用于机械传动，基本上没有什么问题，但如果是用作塑性成形的工装，则由于塑性变形存在回弹现象，往往需要对范成法获得的齿廓进行修正。而常用的修模技术往往是通过试错，通过对制备的零件进行测量，从而对工装进行修理。但这样的方式会有两个方面的不足：一方面有些情况无法进行修理，类似于把孔做大了无法将其修得更小；另一方面往往不能一步修理到位，要反复试错、反复修理，导致试制周期过长，造成人力物力的浪费。

而针对内外齿零件的旋压成形，其变形特点对旋轮的齿廓形状设计又会产生新的影响，如果不进行全面考虑，带齿旋轮的形状修整将更加困难。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种内外齿零件旋压成形时旋轮齿形轮廓线的设计方法，以克服现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种内外齿零件旋压成形时旋轮齿形轮廓线的设计方法，首先确定芯模与旋轮之间的齿数比，及所述旋轮的齿数，然后根据内外齿零件的外部轮廓形状，采用范成法获得所述旋轮的齿形轮廓线初步形状；

再根据旋压成形过程中坯料各变形部位与所述芯模或所述旋轮之间的接触、摩擦情况以及由此产生的不均匀变形，结合所述内外齿零件的壁厚要求对所述旋轮的齿形轮廓初步形状进行调整，从而得到所述旋轮的齿形轮廓线。

较佳的，所述设计方法进一步包括以下步骤：

1)根据机床结构和所述内外齿零件的齿数，确定相适配的所述旋轮的齿数；

2)采用范成法，根据所述内外齿零件的外部轮廓形状，获得所述旋轮的齿形轮廓线初步形状；

3)按所述内外齿零件的齿顶部位的厚度公差带数值，将所述旋轮的齿根圆直径增加相同数值；

4)在所述内外齿零件旋压成形时，将所述旋轮的齿根圆进给到所述内外齿零件的齿顶圆的下偏差位置。

较佳的，所述步骤3)中的厚度公差带数值等于所述内外齿零件的齿顶部位的厚度尺寸上偏差加所述内外齿零件的齿顶部位的厚度尺寸下偏差。

较佳的，所述步骤4)中的将所述旋轮的齿根圆进给到所述内外齿零件的齿顶圆的下偏差位置具体为：

在所述旋轮进给至所述旋轮的齿根圆与所述芯模的齿顶圆之间间隙的基础上，再增加数值为所述内外齿零件的齿顶圆尺寸下偏差的进给量。

本发明所提供的一种内外齿零件旋压成形时旋轮齿形轮廓线的设计方法，具有以下几点有益效果：

1)综合考虑了内外齿零件的旋压变形过程中各部分变形不均匀这一特点，对通过范成法获得的旋轮外形进行修正，获得了合理的旋轮齿形轮廓线；

2)给出了旋压加工时旋轮的进给位置要求，不仅可以获得高精度的内外齿零件外形，还可以避免出现一些产品质量缺陷；

3)可以显著缩短产品的试制周期，降低生产成本。

附图说明

图1是本发明旋轮齿形轮廓线设计方法的流程示意图；

图2是本发明设计方法实施例内外齿零件的局部截面示意图；

图3是本发明设计方法实施例通过范成法获得齿形轮廓的局部示意图；

图4是本发明设计方法实施例旋轮开始旋压之前的位置示意图；

图5是本发明设计方法实施例旋轮进给到最大位置时的示意图；

图6是本发明设计方法实施例旋轮齿根圆尺寸修正的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请结合图1所示，本发明所提供的一种内外齿零件旋压成形时旋轮齿形轮廓线的设计方法，首先确定芯模与旋轮之间的齿数比，及旋轮的齿数，然后根据内外齿零件的外部轮廓形状，采用范成法获得旋轮的齿形轮廓线初步形状。

再根据旋压成形过程中坯料各变形部位与芯模或旋轮之间的接触、摩擦情况以及由此产生的不均匀变形，结合内外齿零件的壁厚要求对旋轮的齿形轮廓初步形状进行调整，从而得到旋轮的齿形轮廓线。

本发明设计方法进一步包括以下步骤：

1)根据机床结构和内外齿零件的齿数，确定相适配的旋轮的齿数；

2)采用范成法，根据内外齿零件的外部轮廓形状，获得旋轮的齿形轮廓线初步形状。范成法是齿轮加工技术中常用、成熟的方法，将内外齿零件和旋轮坯料以外啮合的形式，让两者的节圆相切并以等线速度相互滚动，以内外齿零件外齿廓在旋轮坯料上形成的包络线作为旋轮的齿形轮廓；

3)按内外齿零件的齿顶部位的厚度公差带数值，将旋轮的齿根圆直径增加相同数值。如内外齿零件的齿顶部位的公称厚度尺寸为t，上偏差为+a，下偏差为-b，则厚度公差带数值c＝a+b，则旋轮的齿根圆直径d应在上一步范成法得到数值的基础上，增加厚度公差带数值c；

4)在内外齿零件旋压成形时，将旋轮的齿根圆进给到内外齿零件的齿顶圆的下偏差位置。即从几何角度，在旋轮进给到旋轮的齿根圆与芯模的齿顶圆之间间隙t的基础上，再增加数值为b的进给量，使间隙减小至t-b。

实施例

请结合图2所示，图示为一款典型内外齿零件的局部截面示意，齿数为40，并同时也给出了单个齿的尺寸及公差。

现以图2所示的实施例说明本发明设计方法包括以下步骤：

1)由于旋压芯模的齿数与内外齿零件的齿数相等，即为40，设旋轮与芯模的齿数比为1.4，即将旋轮的齿数设计为56；

2)以图2所示内外齿零件的外侧(图中右侧)轮廓为依据，采用范成法得到旋轮的初步齿形轮廓，如图3所示，并同时也给出了单个齿的尺寸；

3)由于坯料100旋压成形之前，其内径基本等于芯模200的外径，可以套在芯模200上，如图4所示。图5是旋压成形结束时，芯模200、坯料100及旋轮300的相对位置。可见坯料100的AB、EF段在旋压成形整个过程中均始终与芯模200的齿顶圆相接触，因此在旋压成形过程中由于摩擦力的作用导致材料变薄比较困难；CD段一部分时间与旋轮300接触，一部分时间悬空，与旋轮300接触时变薄也较为困难，旋压成形到最后阶段才与芯模200接触；而BC、DE段则要视芯模200旋转方向的不同，其中一侧与旋轮300接触时间较长，另一侧接触时间较多，但悬空时间都比较长，因此比较容易变薄。综上所述，坯料100上AB、EF段与芯模200的齿顶圆接触的部分最不容易变薄，需要在旋压成形结束之前，对该部位施加额外的压力。因此，应针对旋轮300的齿根圆直径进行修正，由于内外齿零件的齿顶壁厚度为1.8±0.1mm，公差带为0.2mm，因此将旋轮300的齿根圆直径增加0.2mm，得到修正后的旋轮300的齿形轮廓，如图6所示。由于旋压成形导致的厚度变薄会在旋压力卸除之后略有回弹，因此，内外齿零件的齿顶厚度最终能够满足1.8±0.1mm的尺寸偏差要求；

4)旋轮300设计好之后，并不是必然可以得到满足尺寸要求的内外齿零件，还需要控制旋压成形过程的旋轮300进给量。旋压成形时，应将旋轮300的齿根圆进给到内外齿零件的齿顶圆尺寸的下偏量位置，即芯模200的齿顶圆1.7mm的位置。

通过上述本发明设计方法不仅可以得到满足外形尺寸要求的内外齿零件，还可以通过对坯料的额外加压避免出现零件圆角填充不饱满缺陷。

通过上述本发明设计方法可以获得精确的旋轮齿形轮廓线，为旋制高精度内外齿零件打好基础。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (1)

1.一种内外齿零件旋压成形时旋轮齿形轮廓线的设计方法，其特征在于：

首先确定芯模与旋轮之间的齿数比，及所述旋轮的齿数，然后根据内外齿零件的外部轮廓形状，采用范成法获得所述旋轮的齿形轮廓线初步形状；

再根据旋压成形过程中坯料各变形部位与所述芯模或所述旋轮之间的接触、摩擦情况以及由此产生的不均匀变形，结合所述内外齿零件的壁厚要求对所述旋轮的齿形轮廓初步形状进行调整，从而得到所述旋轮的齿形轮廓线，

所述设计方法进一步包括以下步骤：

1)根据机床结构和所述内外齿零件的齿数，确定相适配的所述旋轮的齿数；

2)采用范成法，根据所述内外齿零件的外部轮廓形状，获得所述旋轮的齿形轮廓线初步形状，；

3)按所述内外齿零件的齿顶部位的厚度公差带数值，将所述旋轮的齿根圆直径增加相同数值，

所述步骤3)中的厚度公差带数值等于所述内外齿零件的齿顶部位的厚度尺寸上偏差加所述内外齿零件的齿顶部位的厚度尺寸下偏差，即内外齿零件的齿顶部位的公称厚度尺寸为t，上偏差为+a，下偏差为-b，则厚度公差带数值c＝a+b，则旋轮的齿根圆直径d应在上一步范成法得到数值的基础上，增加厚度公差带数值c；

4)在所述内外齿零件旋压成形时，将所述旋轮的齿根圆进给到所述内外齿零件的齿顶圆的下偏差位置，具体为：

在所述旋轮进给至所述旋轮的齿根圆与所述芯模的齿顶圆之间间隙t的基础上，再增加数值为所述内外齿零件的齿顶圆尺寸下偏差的进给量b，使间隙减小至t-b。