【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及弧齿圆锥齿轮塑性成形制造，更具体地说，涉及一种基于局部成形-整体定形的弧齿圆锥齿轮包络成形方法。
技术介绍
1、弧齿圆锥齿轮因其可以传递两相交轴之间的运动和动力，且具有承载能力强、传动平稳、重叠系数大等优点，广泛应用于航空航天、船舶、汽车等众多工业领域。然而弧齿圆锥齿轮结构复杂，齿形存在倒锥结构，导致其制造难度极大。目前弧齿圆锥齿轮的主要加工方式为铣削加工，铣削加工材料利用率低、加工周期长、破坏金属流线，不能满足弧齿圆锥齿轮高性能高效率制造要求。金属塑性成形是齿轮类零件高性能高效率制造技术，然而若采用整体塑性成形工艺成形弧齿圆锥齿轮，极易形成变形死区，且成形结束后弧齿圆锥齿轮倒锥齿形不能脱模，从而导致弧齿圆锥齿轮难以整体塑性成形。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种基于局部成形-整体定形的弧齿圆锥齿轮包络成形方法，不仅可以降低成形力，提高金属流动性，提高并保证弧齿圆锥齿轮成形精度，并且可以提高弧齿圆锥齿轮力学性能和疲劳强度，最终获得齿形填充饱满、精度高、力学性能好、疲劳强度高的弧齿圆锥齿轮。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于局部成形-整体定形的弧齿圆锥齿轮包络成形方法，包括以下步骤：
3、s1、将预制坯带孔轴杆放入包络成形模具的下模型腔环形孔内，保证预制坯大端下端面与下模型腔内的上水平型面接触；包络成形模具包括上模和下模，带有齿形型腔的上模成形锻件齿形，下模成形锻件带孔轴杆和腹板下表面；>
4、s2、调整上模轴线与成形装备竖直轴线夹角至γ1，带齿形型腔的上模绕包络转动中心作包络运动，即此过程中上模作包络运动的倾斜角为γ1，同时上模沿成形装备竖直轴线向下作进给运动，预制坯金属多向流动并逐渐填充上模齿形型腔，当上模沿成形装备竖直轴线的进给量到达预设值h1后，停止上模的包络运动与进给运动；
5、s3、待上模完全停止运动后，调整上模轴线与成形装备竖直轴线夹角至γ2，其中γ2<γ1，带齿形型腔的上模继续绕包络转动中心作包络运动，即此过程上模作包络运动的倾斜角为γ2，同时上模沿成形装备竖直轴线向下作进给运动，s2成形后的预制坯金属继续多向流动并逐渐填充上模齿形型腔，当上模沿成形装备竖直轴线的进给量到达预设值h2后，停止上模的包络运动与进给运动，此时成形的预制坯形状较s2成形后的预制坯更接近弧齿圆锥齿轮锻件形状；
6、s4、待上模完全停止运动后，调整上模轴线与成形装备竖直轴线夹角至γ3，其中γ3<γ2<γ1，带齿形型腔的上模继续绕包络转动中心作包络运动，即此过程上模作包络运动的倾斜角为γ3，同时上模沿成形装备竖直轴线向下作进给运动，s3成形后的预制坯金属继续多向流动并逐渐填充上模齿形型腔，当上模沿装备竖直轴线的进给量到达预设值h3后，停止上模的包络运动与进给运动，此时成形的预制坯形状较s3成形后的预制坯更接近弧齿圆锥齿轮锻件形状；
7、s5、待上模完全停止运动后，将上模回正，即调整上模轴线与成形装备竖直轴线重合，上模只作沿成形装备竖直轴线向下的进给运动，当上模沿成形装备竖直轴线的进给量到达预设值h4后，停止上模进给运动，完成整体定形过程，此时弧齿圆锥齿轮锻件与上模和下模完全接触，弧齿圆锥齿轮锻件轮廓与上模和下模几何形状一致；
8、s6、整体定形过程结束后，上模轴线与成形装备竖直轴线仍处于重合状态，根据上模运动路径规划驱动上模沿弧齿圆锥齿轮锻件齿形旋向方向作周向旋转运动的同时沿成形装备竖直轴线向上作直线运动，实现弧齿圆锥齿轮锻件脱模保形；
9、s7、顶环向上作直线运动，将弧齿圆锥齿轮锻件顶出下模。
10、上述方案中，所述弧齿圆锥齿轮锻件设计方法为：为了防止齿形小端角隅处对应的模具型腔处过于狭小，导致金属流动阻力大，出现齿形小端角隅处充不满的缺陷，将弧齿圆锥齿轮齿形小端延伸至与齿形最小端齿顶所在水平面相交处；为了提高模具寿命，避免齿模上齿形大端的一部分裸露在模具基体外侧，将齿轮齿形大端延伸至与最大齿根直径所在水平面相交处；在齿轮带孔轴杆内外表面均设置拔模斜度，且在齿轮带孔轴杆外表面上端保留部分无斜度段，防止脱模时锻件粘在上模；在弧齿圆锥齿轮齿根最大直径所在水平面设计内外水平飞边，水平飞边厚度为a。
11、上述方案中，所述预制坯的设计方法为：预制坯下部分带孔轴杆在步骤s2中设计的弧齿圆锥齿轮锻件带孔轴杆尺寸基础上单边减小b，以确保可以顺利将预制坯放入下模中；预制坯上部分形状与弧齿圆锥齿轮锻件上部分形状仿形，其几何形状通过有限元模拟确定。
12、上述方案中，所述上模的设计方法为：根据布尔运算获得设计的弧齿圆锥齿轮锻件飞边上表面以上实体与上模基体的相交部分，并在上模基体上切除该相交部分，得到带有齿形型腔的上模，为了避免局部成形过程中上模与下模接触，在上模型腔外侧保留一圈水平面，假设该水平面的最大半径为r，在最大水平面半径r外侧向上设置斜度，得到了包络成形上模；
13、所述下模的设计方法为：根据布尔运算获得的弧齿圆锥齿轮锻件飞边下表面以下实体与下模基体的相交部分，并在下模基体上切除该相交部分，得到带有轴杆及腹板型腔的下模。
14、上述方案中，所述步骤s2-s4中的包络运动设计方法为：包络转动中心始终在上模中间凸台表面中心；在步骤s2中，上模轴线与成形装备竖直轴线始终保持γ1夹角；在步骤s3中，上模轴线与成形装备竖直轴线始终保持γ2夹角；在步骤s4中，上模轴线与成形装备竖直轴线始终保持γ3夹角；上模绕自身轴线自转的同时绕成形装备竖直轴线公转，两个转动速度大小相等且恒定，转动方向相反，确保带有齿形型腔的上模与弧齿圆锥齿轮锻件齿形始终满足包络几何运动关系；下模固定不动。
15、上述方案中，在所述步骤s2-s5中，进给量确定方法为：步骤s2中，在上模倾斜γ1的状态下，上模进给到距离下模最小距离为飞边厚度a时停止进给，此位置到上模初始位置的竖直距离即为进给量h1；步骤s3中进给量h2的确定方法为：
16、h2＝r(sinγ1-sinγ2) (4)
17、步骤s4中进给量h3的确定方法为：
18、h3＝r(sinγ2-sinγ3) (5)
19、步骤s5中整体定形阶段进给量h4的确定方法为：
20、h4＝rsinγ3 (6)。
21、上述方案中，在所述步骤s6中，上模脱模运动设计方法为：上模作多自由度运动脱模，即上模沿弧齿圆锥齿轮锻件齿形旋向方向作周向旋转运动的同时竖直向上运动；假设上模周向旋转的角速度为w，上模竖直向上运动的速度为v，则满足关系：p＝w/v，p的取值范围通过几何运动仿真获得。
22、实施本专利技术的基于局部成形-整体定形的弧齿圆锥齿轮包络成形方法，具有以下有益效果：
23、1、本专利技术方法的局部成形过程中，带齿形型腔的上模倾斜与坯料局部接触，不仅可以降低成形力，而且上模作多自由度包络运动，可以提高金属流动性本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于局部成形-整体定形的弧齿圆锥齿轮包络成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于局部成形-整体定形的弧齿圆锥齿轮包络成形方法，其特征在于，所述弧齿圆锥齿轮锻件设计方法为：为了防止齿形小端角隅处对应的模具型腔处过于狭小，导致金属流动阻力大，出现齿形小端角隅处充不满的缺陷，将弧齿圆锥齿轮齿形小端延伸至与齿形最小端齿顶所在水平面相交处；为了提高模具寿命，避免齿模上齿形大端的一部分裸露在模具基体外侧，将齿轮齿形大端延伸至与最大齿根直径所在水平面相交处；在齿轮带孔轴杆内外表面均设置拔模斜度，且在齿轮带孔轴杆外表面上端保留部分无斜度段，防止脱模时锻件粘在上模；在弧齿圆锥齿轮齿根最大直径所在水平面设计内外水平飞边，水平飞边厚度为a。
3.根据权利要求2所述的基于局部成形-整体定形的弧齿圆锥齿轮包络成形方法，其特征在于，所述预制坯的设计方法为：预制坯下部分带孔轴杆在步骤S2中设计的弧齿圆锥齿轮锻件带孔轴杆尺寸基础上单边减小b，以确保可以顺利将预制坯放入下模中；预制坯上部分形状与弧齿圆锥齿轮锻件上部分形状仿形，其几何形状通过有限元模拟确定。
4.根据权利要求3所述的基于局部成形-整体定形的弧齿圆锥齿轮包络成形方法，其特征在于，所述上模的设计方法为：根据布尔运算获得设计的弧齿圆锥齿轮锻件飞边上表面以上实体与上模基体的相交部分，并在上模基体上切除该相交部分，得到带有齿形型腔的上模，为了避免局部成形过程中上模与下模接触，在上模型腔外侧保留一圈水平面，假设该水平面的最大半径为r，在最大水平面半径r外侧向上设置斜度，得到了包络成形上模；
5.根据权利要求1所述的基于局部成形-整体定形的弧齿圆锥齿轮包络成形方法，其特征在于，所述步骤S2-S4中的包络运动设计方法为：包络转动中心始终在上模中间凸台表面中心；在步骤S2中，上模轴线与成形装备竖直轴线始终保持γ1夹角；在步骤S3中，上模轴线与成形装备竖直轴线始终保持γ2夹角；在步骤S4中，上模轴线与成形装备竖直轴线始终保持γ3夹角；上模绕自身轴线自转的同时绕成形装备竖直轴线公转，两个转动速度大小相等且恒定，转动方向相反，确保带有齿形型腔的上模与弧齿圆锥齿轮锻件齿形始终满足包络几何运动关系；下模固定不动。
6.根据权利要求1所述的基于局部成形-整体定形的弧齿圆锥齿轮包络成形方法，其特征在于，在所述步骤S2-S5中，进给量确定方法为：步骤S2中，在上模倾斜γ1的状态下，上模进给到距离下模最小距离为飞边厚度a时停止进给，此位置到上模初始位置的竖直距离即为进给量h1；步骤S3中进给量h2的确定方法为：
7.根据权利要求1所述的基于局部成形-整体定形的弧齿圆锥齿轮包络成形方法，其特征在于，在所述步骤S6中，上模脱模运动设计方法为：上模作多自由度运动脱模，即上模沿弧齿圆锥齿轮锻件齿形旋向方向作周向旋转运动的同时竖直向上运动；假设上模周向旋转的角速度为w，上模竖直向上运动的速度为v，则满足关系：p＝w/v，p的取值范围通过几何运动仿真获得。
...【技术特征摘要】
1.一种基于局部成形-整体定形的弧齿圆锥齿轮包络成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于局部成形-整体定形的弧齿圆锥齿轮包络成形方法，其特征在于，所述弧齿圆锥齿轮锻件设计方法为：为了防止齿形小端角隅处对应的模具型腔处过于狭小，导致金属流动阻力大，出现齿形小端角隅处充不满的缺陷，将弧齿圆锥齿轮齿形小端延伸至与齿形最小端齿顶所在水平面相交处；为了提高模具寿命，避免齿模上齿形大端的一部分裸露在模具基体外侧，将齿轮齿形大端延伸至与最大齿根直径所在水平面相交处；在齿轮带孔轴杆内外表面均设置拔模斜度，且在齿轮带孔轴杆外表面上端保留部分无斜度段，防止脱模时锻件粘在上模；在弧齿圆锥齿轮齿根最大直径所在水平面设计内外水平飞边，水平飞边厚度为a。
3.根据权利要求2所述的基于局部成形-整体定形的弧齿圆锥齿轮包络成形方法，其特征在于，所述预制坯的设计方法为：预制坯下部分带孔轴杆在步骤s2中设计的弧齿圆锥齿轮锻件带孔轴杆尺寸基础上单边减小b，以确保可以顺利将预制坯放入下模中；预制坯上部分形状与弧齿圆锥齿轮锻件上部分形状仿形，其几何形状通过有限元模拟确定。
4.根据权利要求3所述的基于局部成形-整体定形的弧齿圆锥齿轮包络成形方法，其特征在于，所述上模的设计方法为：根据布尔运算获得设计的弧齿圆锥齿轮锻件飞边上表面以上实体与上模基体的相交部分，并在上模基体上切除该相交部分，得到带有齿形型腔的上模，为了避免局部成形过程中上模与下模接触，在上模型腔...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩星会，华林，庄武豪，王艳辉，郑方焱，胡轩，冯玮，常震宇，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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