本发明公开一种渐开线齿轮滚轧模具及成形工艺，滚轧模具包括平行且间隔设置的第一滚轧模具和第二滚轧模具，两模具的齿数和模数均相同；第一滚轧模具上依次设有第0道次齿区域、第1道次齿区域、第2道次齿区域……第N道次齿区域；每一道次齿区域中的齿型相同；第一滚轧模具和第二滚轧模具结构相同，齿形均采用渐开线；第0道次齿区域至第N道次齿区域在第一滚轧模具上顺时针排布，在第二滚轧模具上顺时针排布。本发明对坯料进行定点滚轧，滚轧模具间的中心距固定，成形过程中滚轧模具无需径向进给，坯料受力均衡、定位准确、不均匀变形少；采用速度强制同步滚轧方式，实现成形过程中齿形的动态分度，消除了自由分度式滚轧引起的齿距累积误差。
1.一种渐开线齿轮滚轧模具，其特征在于，包括第一滚轧模具(1)和第二滚轧模具(3)，第一滚轧模具(1)、第二滚轧模具(3)的齿数相同，均为Z1，模数相同，均为m；第一滚轧模具(1)和第二滚轧模具(3)平行且间隔设置；
第一滚轧模具(1)上依次设有第0道次齿区域、第1道次齿区域、第2道次齿区域……第N道次齿区域；每一道次齿区域中的齿型相同；N为正整数；
第一滚轧模具(1)和第二滚轧模具(3)结构相同，齿形均采用渐开线；第0道次齿区域至第N道次齿区域在第一滚轧模具(1)上顺时针排布，在第二滚轧模具(3)上顺时针排布；
第0道次齿区域中的齿的齿高为h0，用于在第一滚轧模具(1)和第二滚轧模具(3)之间形成缺口，便于坯料(2)放入；第0道次齿区域中的齿均位于分度圆(4)内；
第1道次齿区域中的齿的齿高为h1；第1道次齿区域中的齿在分度圆(4)以内的齿形拥有比目标齿形压力角α大的初始压力角α1，而在分度圆以外的齿形拥有比目标齿形压力角α小的初始压力角α1'；
第2道次齿区域中的齿的齿高为h2；第2道次齿区域中的齿在分度圆(4)以内的齿形拥有比目标齿形压力角α大的初始压力角α2，而在分度圆以外的齿形拥有比目标齿形压力角α小的初始压力角α2'……第N道次齿区域中的齿的齿高为hN；第N道次齿区域中的齿在分度圆(4)以内的齿形拥有的初始压力角αN等于目标齿形压力角α，而在分度圆以外的齿形拥有的初始压力角αN'等于目标齿形压力角α，其中，h0α2……>αN＝α，α1'<α2'……<αN'＝α；h为坯料轧制后获得的目标齿轮的齿高，α为目标齿轮的压力角。
2.根据权利要求1所述的一种渐开线齿轮滚轧模具，其特征在于，第一滚轧模具(1)和第二滚轧模具(3)同步、同速、同向旋转。
3.根据权利要求1所述的一种渐开线齿轮滚轧模具，其特征在于，坯料(2)放置于第一滚轧模具(1)和第二滚轧模具(3)之间，通过第一滚轧模具(1)和第二滚轧模具(3)滚轧后获得的目标齿轮的齿数和模数为Z2、m；除第0道次和第N道次齿区域外，其余道次齿区域中的齿数大于等于目标齿轮的齿数Z2的一半。
4.根据权利要求1所述的一种渐开线齿轮滚轧模具，其特征在于，除第0道次和第N道次齿区域外，其余道次齿区域中的每个齿咬入侧齿顶高度高于退出侧齿顶高度。
5.根据权利要求1所述的一种渐开线齿轮滚轧模具，其特征在于，第一滚轧模具(1)上的齿与第二滚轧模具(3)上对应的齿之间的角度差为A度；第一滚轧模具(1)上的齿咬入坯料的时刻与第二滚轧模具(3)上对应的齿咬入坯料的时刻之间的时间差为T；时间差T所对应的第一滚轧模具(1)的旋转角度为B度，A＝180-B。
6.一种渐开线齿轮滚轧成形工艺，其特征在于，基于权利要求1至5中任一项所述的一种渐开线齿轮滚轧模具，包括以下步骤：
1)将圆柱形坯料(2)置于第一滚轧模具(1)和第二滚轧模具(3)的一对第0道次齿区域形成的缺口中，坯料(2)通过夹持机构夹持；
2)第一滚轧模具(1)和第二滚轧模具(3)同速、同向转动，通过传动系统强制带动坯料(2)的夹持机构及坯料(2)转动，使坯料(2)的转速与滚轧模具的转速比满足预定的转速比：Z1/Z2；
3)第一滚轧模具(1)和第二滚轧模具(3)转动的过程中，进入第1道次的滚轧，第一滚轧模具(1)和第二滚轧模具(3)的一对第1道次齿区域中的第一个齿和坯料(2)接触并咬入坯料(2)中；第一滚轧模具(1)和第二滚轧模具(3)继续转动，直到第1道次齿区域中所有齿咬入坯料(2)中并脱离，完成第1道次的滚轧；
4)随着第一滚轧模具(1)和第二滚轧模具(3)继续转动，进入第2道次的滚轧，第一滚轧模具(1)和第二滚轧模具(3)的一对第2道次齿区域中的第一个齿和坯料(2)接触并咬入坯料(2)中；第一滚轧模具(1)和第二滚轧模具(3)继续转动，直到第2道次齿区域中所有齿咬入坯料(2)中并脱离，完成第2道次的滚轧；
5)随着第一滚轧模具(1)和第二滚轧模具(3)的进一步转动，直到第N道次齿区域中所有齿咬入坯料(2)中并脱离，完成第N道次的滚轧，回到初始位置，此时坯料(2)和滚轧模具脱开，取出坯料(2)，滚轧完成。
一种渐开线齿轮滚轧模具及成形工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及齿轮加工技术领域，具体涉及一种渐开线齿轮滚轧模具及成形工艺。
背景技术
[0002] 齿轮滚轧成形一般是指坯料在一对同向旋转的齿形模具的作用下产生连续塑性变形得到所需齿轮锻件或锻坯的塑性成形工艺。目前采用的工艺是将圆柱形的坯料置于对称安装的两个带外齿的滚轧模具间，滚轧成形过程中，模具同步、同速、同向旋转，并且沿坯料径向进给，在摩擦力矩的作用下带动坯料旋转，同时模具齿形连续压入坯料表层，使表层金属材料发生塑性变形，齿高不断增加而成形出齿轮。
[0003] 现有的成形滚轧方法，是以滚轧完成时模具与齿轮的啮合状态来对模具的齿形进行设计，即仅考虑模具基圆上的节距，或节圆上的节距，并不特别地考虑齿顶节距(即相邻齿的齿顶部之间的节距)来设计模具，存在着每道次滚轧时模具的齿与工件接触位置在工件圆周方向上变动的缺点，即在成形滚轧过程的初始阶段在工件上形成的齿槽的位置是不稳定的。采用这种方法设计出来的模具，除了会成形出形状不恰当的齿槽之外，且由于工件不必要的塑性变形，导致成形出的齿轮的精度和机械性能下降。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种渐开线齿轮滚轧模具及成形工艺，以克服现有技术中单向滚轧时分齿不均造成的齿形精度超差和性能下降的问题；本发明中，坯料受力均衡、定位准确、不均匀变形少。
[0005] 为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
[0006] 一种渐开线齿轮滚轧模具，包括第一滚轧模具和第二滚轧模具，第一滚轧模具、第二滚轧模具的齿数相同，均为Z1，模数相同，均为m；第一滚轧模具和第二滚轧模具平行且间隔设置；第一滚轧模具上依次设有第0道次齿区域、第1道次齿区域、第2道次齿区域……第N道次齿区域；每一道次齿区域中的齿型相同；第一滚轧模具和第二滚轧模具结构相同，齿形均采用渐开线；第0道次齿区域至第N道次齿区域在第一滚轧模具上顺时针排布，在第二滚轧模具上顺时针排布。
[0007] 进一步的，第0道次齿区域中的齿的齿高为h0，用于在第一滚轧模具和第二滚轧模具之间形成缺口，便于坯料放入；第0道次齿区域中的齿均位于分度圆内。
[0008] 进一步的，第1道次齿区域中的齿的齿高为h1；第1道次齿区域中的齿在分度圆以内的齿形拥有比目标齿形压力角α大的初始压力角α1，而在分度圆以外的齿形拥有比目标齿形压力角α小的初始压力角α1'；
[0009] 第2道次齿区域中的齿的齿高为h2；第2道次齿区域中的齿在分度圆以内的齿形拥有比目标齿形压力角α大的初始压力角α2，而在分度圆以外的齿形拥有比目标齿形压力角α小的初始压力角α2'……第N道次齿区域中的齿的齿高为hN；第N道次齿区域中的齿在分度圆以内的齿形拥有的初始压力角αN等于目标齿形压力角α，而在分度圆以外的齿形拥有的初始压力角αN'等于目标齿形压力角α，其中，h0α2……>αN＝α，α1'<α2'……<αN'＝α；h为坯料轧制后获得的目标齿轮的齿高，α为目标齿轮的压力角。
[0010] 进一步的，第一滚轧模具和第二滚轧模具同步、同速、同向旋转。
[0011] 进一步的，坯料放置于第一滚轧模具和第二滚轧模具之间，通过第一滚轧模具和第二滚轧模具滚轧后获得的目标齿轮的齿数和模数为Z2、m；除第0道次和第N道次齿区域外，其余道次齿区域中的齿数大于等于目标齿轮的齿数Z2的一半。
[0012] 进一步的，沿模具转动方向，除第0道次和第N道次齿区域外，其余道次齿区域中的每个齿咬入侧齿顶高度高于退出侧齿顶高度。
[0013] 进一步的，第一滚轧模具上的齿与第二滚轧模具上对应的齿之间的角度差为A度；第一滚轧模具上的齿咬入坯料的时刻与第二滚轧模具上对应的齿咬入坯料的时刻之间的时间差为T；时间差T所对应的第一滚轧模具的旋转角度为B度，A＝180-B。
[0014] 一种渐开线齿轮滚轧成形工艺，包括以下步骤：
[0015] 1)将圆柱形坯料置于第一滚轧模具和第二滚轧模具的一对第0道次齿区域形成的缺口中，坯料通过夹持机构夹持；
[0016] 2)第一滚轧模具和第二滚轧模具同速、同向转动，通过传动系统强制带动坯料的夹持机构及坯料转动，使坯料的转速与滚轧模具的转速比满足预定的转速比：Z1/Z2；
[0017] 3)第一滚轧模具和第二滚轧模具转动的过程中，进入第1道次的滚轧，第一滚轧模具和第二滚轧模具的一对第1道次齿区域中的第一个齿和坯料接触并咬入坯料中；第一滚轧模具和第二滚轧模具继续转动，直到第1道次齿区域中所有齿咬入坯料中并脱离，完成第1道次的滚轧；
[0018] 4)随着第一滚轧模具和第二滚轧模具继续转动，进入第2道次的滚轧，第一滚轧模具和第二滚轧模具的一对第2道次齿区域中的第一个齿和坯料接触并咬入坯料中；第一滚轧模具和第二滚轧模具继续转动，直到第2道次齿区域中所有齿咬入坯料中并脱离，完成第2道次的滚轧；
[0019] 5)随着第一滚轧模具和第二滚轧模具的进一步转动，直到第N道次齿区域中所有齿咬入坯料中并脱离，完成第N道次的滚轧，回到初始位置，此时坯料和滚轧模具脱开，取出坯料，滚轧完成。
[0020] 相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0021] 1)本发明对坯料进行定点滚轧，滚轧模具间的中心距固定，成形过程中滚轧模具无需径向进给，坯料受力均衡、定位准确、不均匀变形少；采用速度强制同步滚轧方式，实现成形过程中齿形的动态分度，消除了自由分度式滚轧引起的齿距累积误差。
[0022] 2)滚轧模具采用变齿形、变压下量的渐开线花键轴多道次滚轧成形，控制滚轧模具与坯料的接触和变形区金属的流动，获得精确的花键轴齿形轮廓，避免单向滚轧时齿形精度超差和突耳的形成。
附图说明
[0023] 图1为本发明的成形工艺示意图。
[0024] 图2为第0道次和第1道次交界处滚轧模具的齿形示意图。
[0025] 图3为第1道次和第2道次交界处滚轧模具的齿形示意图；
[0026] 图4为第N-1道次和第N道次交界处滚轧模具的齿形示意图。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图对本发明做详细描述。
[0028] 请参阅图1至图3所示，本发明一种渐开线齿轮滚轧模具，包括第一滚轧模具1和第二滚轧模具3，第一滚轧模具1、第二滚轧模具3的齿数相同，均为Z1，模数相同，均为m；第一滚轧模具1和第二滚轧模具3平行且间隔设置；第一滚轧模具1上依次设有第0道次齿区域、第1道次齿区域、第2道次齿区域……第N道次齿区域。坯料2通过第一滚轧模具1和第二滚轧模具3滚轧后获得的目标齿轮的齿数和模数为Z2、m。
[0029] 每一道次齿区域中的齿型相同。第一滚轧模具上的齿与第二滚轧模具上对应的齿之间的角度差为A度；第一滚轧模具上的齿咬入坯料的时刻与第二滚轧模具上对应的齿咬入坯料的时刻之间的时间差为T；时间差T所对应的第一滚轧模具的旋转角度为B度，A＝180-B。
[0030] 请参阅图2所示，第0道次齿区域中齿40的齿高为h0，用于在第一滚轧模具1和第二滚轧模具3之间形成缺口，便于坯料2放入。齿40均位于分度圆4内。
[0031] 第1道次齿区域中齿41的齿高为h1，齿41在分度圆4以内的齿形61拥有比目标齿形6压力角α大的初始压力角α1，而在分度圆以外的齿形51拥有比目标齿形5压力角α小的初始压力角α1'，使得预轧制时在坯料上形成较大的齿形凹槽；
[0032] 请参阅图3和图4所示，第2道次齿区域中齿42的齿高为h2，齿42在分度圆4以内的齿形62拥有比目标齿形6压力角α大的初始压力角α2，而在分度圆以外的齿形52拥有比目标齿形5压力角α小的初始压力角α2'……第N道次齿区域中齿4N的齿高为hN，齿4N在分度圆4以内的齿形6N拥有的初始压力角αN等于目标齿形6压力角α，而在分度圆以外的齿形5N拥有的初始压力角αN'等于目标齿形5压力角α，其中，h0α2……>αN＝α，α1'<α2'……<αN'＝α；h为坯料轧制后获得的目标齿轮的齿高，α为目标齿轮的压力角。
[0033] 第一滚轧模具1和第二滚轧模具3结构相同，齿形均采用渐开线；第0道次齿区域至第N道次齿区域在第一滚轧模具1上顺时针排布，在第二滚轧模具3顺时针排布；工作时，第一滚轧模具1和第二滚轧模具3同步、同速、同向旋转。除第0道次和第N道次齿区域外，其余道次齿区域中的齿数大于等于目标齿轮的齿数Z2的一半。沿模具转动方向，除第0道次和第N道次齿区域外，其余道次齿区域中的每个齿咬入侧齿顶高度高于退出侧齿顶高度；本发明中的每个区域中齿的齿高h0、h1、h2、……hN为该齿的最大齿高度。
[0034] 请参阅图1至图3所示，本发明一种渐开线齿轮滚轧成形工艺，包括以下步骤：
[0035] 1)将圆柱形坯料2置于第一滚轧模具1和第二滚轧模具3的一对第0道次齿区域形成的缺口中，坯料2通过夹持机构夹持。
[0036] 2)第一滚轧模具1和第二滚轧模具3同速、同向转动，通过传动系统强制带动坯料2的夹持机构及坯料2转动，使坯料2的转速与滚轧模具的转速比满足预定的转速比：Z1/Z2；
[0037] 3)第一滚轧模具1和第二滚轧模具3转动的过程中，进入第1道次的滚轧，第一滚轧模具1和第二滚轧模具3的一对第1道次齿区域中的第一个齿41和坯料2接触并咬入坯料2中；第一滚轧模具1和第二滚轧模具3继续转动，直到第1道次齿区域中所有齿咬入坯料2中并脱离，完成第1道次的滚轧；
[0038] 4)随着第一滚轧模具1和第二滚轧模具3继续转动，进入第2道次的滚轧，第一滚轧模具1和第二滚轧模具3的一对第2道次齿区域中的第一个齿42和坯料2接触并咬入坯料2中；第一滚轧模具1和第二滚轧模具3继续转动，直到第2道次齿区域中所有齿咬入坯料2中并脱离，完成第2道次的滚轧；
[0039] 5)随着第一滚轧模具1和第二滚轧模具3的进一步转动，直到第N道次齿区域中所有齿咬入坯料2中并脱离，完成第N道次的滚轧，回到初始位置，此时坯料2和滚轧模具脱开，取出坯料2，滚轧完成。
