[发明专利]一种齿条冷摆辗精密成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及齿条精密成形领域，更具体地说，涉及一种齿条冷摆辗精密成形方法。

背景技术

齿条是机械传动中应用广泛的重要基础零件，具有承载力大、行程长、传动精度高等特点，在飞机、汽车转向器、精密机床、升降机等装备中有着广泛应用，其性能直接决定了装备的服役性能和使用寿命。目前，齿条主要采用切削加工进行制造。切削加工周期长、生产效率低、材料利用率低、生产成本高。同时，切削加工会切断金属流线，降低齿条的机械性能和使用寿命，不能制造高性能齿条。

冷摆辗是一种连续局部塑性成形新工艺，具有省力、冲击小、振动小、生产效率高、材料利用率高等优点。更重要的是，冷摆辗可以细化晶粒组织、获得连续合理的金属流线，从而显著提高零件的机械性能和使用寿命。冷摆辗是国际高性能齿轮类零件先进制造技术的发展方向之一。目前，还没有关于齿条冷摆辗精密成形方法的报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种齿条冷摆辗精密成形方法，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。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：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(摆头)摆动成形，齿形背面由下模成形；整个齿条只需冷摆辗成形齿形部分，其余部分不用成形；

(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：

(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：

点M₀(x₂,y₂,z₂)坐标方程：

点N₁坐标方程：

点N₂坐标方程：

点M₁坐标方程：

点M₂坐标方程：

点T₀坐标方程：

点T₁坐标方程：其中g₁和g₂无具体含义，仅仅是为了简化方程，

点L₀坐标方程：

点L₁坐标方程：其中a₁、a₂、b₁和b₂无具体含义，仅仅是为了简化方程，

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；