2.4 滚压轮转速及径向进给速度_直齿轮滚轧成形工艺及数值模拟-QQ阅读男生玄幻网

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2.4　滚压轮转速及径向进给速度

2.4.1　滚压轮转速与工件转速及其匹配关系

图2-9　齿轮滚轧过程节距变化示意图d0≠dv⇒P0≠Pk⇒滚压过程节距不断变化

在齿轮滚轧成形过程中，随着滚压轮咬入深度的提高，坯料的啮合节圆直径不断变化，坯料节距不断变化，坯料的初始节距，而最终节距，其中d0为坯料初始直径，dv为成形齿轮的分度圆直径，且d0>dv，得出P0>Pk，说明在滚轧过程中坯料的节距不断减小，如图2-9所示。

为保证齿坯外圆精确分度出规定的齿数，根据齿轮啮合原理，在滚轧成形过程中，模具节距应与坯料节距相等。如上所述，在齿轮滚轧成形过程中，坯料齿形的节距不断变化，为此，也应将模具的节距设计成随坯料齿形节距的变化而变化，当模具为齿条时，齿条模具上齿形形状可以设计加工为随节距变化而变化。但是当模具为滚压轮时，滚压轮需数次啮合滚轧工件，滚压轮整个圆周齿形形状是确定而不可调整的，无法实现可变节距设计。

在齿轮滚轧成形过程中，为了保证滚压轮和坯料的相对运动为纯滚动，应使滚压轮和坯料的线速度始终保持一致，即

ω0d'0=ω1d'1=常值　　（2-14）

式中，ω0为坯料角速度，ω1为滚压轮角速度，d'0为坯料啮合节圆直径，d'1为滚压轮啮合节圆直径。

因为坯料与滚压轮啮合点实时变化，在滚轧过程也是实时变化的，而滚压轮旋转速度不变，为了使滚压轮与坯料间保持纯滚运动状态，要求采用运动补偿，即通过机床控制系统随时调整坯料转速ω0。通过对坯料转速的控制，使滚压轮和齿坯速度强制同步，即使坯料线速度和滚压轮线速度保持一致，以满足滚轧过程中节距随坯料直径的变化，保证正确的动态分度要求。

在齿轮滚轧成形的不同阶段，滚压轮保持初始转速固定不变，控制系统调整工件的转速以适应工件节圆直径的变化，进行转速的动态补偿。如图2-10所示，v0为滚压轮径向进给速度，ω0t、ω1分别为坯料和滚压轮t时刻的旋转角速度，当滚压轮径向进给t时刻时，坯料径向长高h，此时，坯料齿全高为v0t+h。在齿轮滚轧过程中，当滚压轮与坯料啮合时，因为对坯料存在碾压，坯料发生塑性变形，因此，齿轮滚轧和普通的两齿轮啮合存在不同。每个时刻滚压轮和坯料啮合接触点有很多，许多个啮合点连成一条线，因此，理想状态的节圆并不存在。为此，假设t时刻齿高一半位置处与坯料和滚压轮中心连线的交点P为节点，则坯料节圆和滚压轮节圆如图2-10所示。

图2-10　齿轮滚轧过程t时刻节圆示意图

t时刻坯料节圆半径为

　　（2-15）

t时刻滚压轮节圆半径为

　　（2-16）

t时刻坯料旋转角速度为

　　（2-17）

式中，d0为坯料初始直径，da为滚压轮齿顶圆直径，ω1为滚压轮旋转角速度。

2.4.2　滚压轮旋转与径向进给速度及其匹配关系

定义滚压轮径向进给速度和旋转速度的比值为送进率，即

　　（2-18）

式中，v是滚压轮径向进给速度，单位mm/s；ω是滚压轮旋转速度，单位rad/s。

送进率代表每转送进量的大小和变形效率的高低。当送进率小时，也就是径向进给速度小而旋转速度大，此时滚轧的效率较低；而当送进率较大，也就是径向进给速度大而旋转速度小，此时，滚轧效率较高，但如果送进率太大时，滚压轮咬入坯料较深，易引起较多材料发生塑性变形流动，变形区域大而当下一齿咬入时易产生缺陷。

图2-11　因送进率过大导致的折叠现象

如图2-11所示，当滚压轮的齿A插入坯料齿B的右齿槽时，由于径向进给速度较大，齿A咬入深度较深，流动变形的金属较多，体积较大，坯料齿B中原有金属被变形金属挤压而发生整体向上向左移动，而导致齿B变宽，致使滚压轮的齿C继续滚轧坯料齿B的左齿槽时，首先滚轧齿B整体移动过的左齿顶金属，导致坯料金属发生折叠，严重影响成形齿轮的质量。因此，滚轧过程中滚压轮的送进率不能太大。

送进率的合理选择影响滚轧成形质量，以下讨论分析送进率的合理取值范围。在齿轮滚轧成形过程中，滚压轮以恒定的速度连续径向进给，这种进给形式使得滚压轮与成形齿轮的中心距是连续变化的，因此齿轮滚轧过程相当于变位齿轮的啮合过程。滚压轮齿顶圆与工件毛坯接触点在进给过程中的轨迹已不是圆，而是反阿基米德螺旋线，假设齿轮滚轧过程中滚压轮滚轧角度为δ，将其与圆在（0～δ）区域内相比较，它们的弧长之差（l2-l1）将形成齿距累积误差，如图2-12所示。对于双轮滚轧，如果在（0～δ）范围内齿距累积误差超过半个滚压轮齿顶齿弧宽，则在滚轧过程中就会出现乱齿现象。