前 言

齒輪滾軋成形工藝材料利用率高，力學(xué)性能好，能克服齒輪鍛造過程中遇到的變形抗力大、齒輪角隅部位難充滿等一系列問題，因而日益受到關(guān)注。齒輪滾軋成形技術(shù)根據(jù)其使用的模具而分為齒輪滾軋成形與齒條滾軋成形兩種。該工藝成形過程中，齒形模具對(duì)圓柱形坯料的成形方式為范成加工，圓柱坯料在齒形模具連續(xù)滾軋中逐漸成形出齒形。齒輪模具旋轉(zhuǎn)過程中可與坯料齒形反復(fù)嚙合，獲得的齒輪精度高。然而，滾軋初期的打滑和成形中期的突耳缺陷均嚴(yán)重影響成形質(zhì)量。同時(shí)，齒輪滾軋成形工藝尚未形成完整的成形理論和技術(shù)體系，各影響因素對(duì)成形質(zhì)量的影響規(guī)律等還未探明。本書針對(duì)圓柱直齒輪滾軋成形工藝研究與應(yīng)用中遇到的上述若干問題，采用理論分析、數(shù)值模擬與優(yōu)化及實(shí)驗(yàn)研究方法開展了研究。

本書根據(jù)金屬塑性成形原理及滾壓輪與坯料間的范成運(yùn)動(dòng)關(guān)系，分析齒輪滾軋成形方法中的相關(guān)工藝基礎(chǔ)問題，推導(dǎo)給出了坯料初始直徑確定方法；建立了齒輪滾軋初始階段自然咬入條件；給出了滾壓輪轉(zhuǎn)速與坯料轉(zhuǎn)速的匹配關(guān)系；建立了滾軋送進(jìn)率合理取值的解析式；給出了滾壓輪齒形結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；求得了滾壓輪與坯料接觸弧長(zhǎng)隨滾壓輪旋轉(zhuǎn)角度變化的數(shù)值解。

齒輪滾軋成形起始階段，滾壓輪齒與坯料表面間易發(fā)生打滑，嚴(yán)重影響待成形齒輪質(zhì)量。本書分析了滾軋初始階段坯料的受力狀況，對(duì)齒輪滾軋初期分齒階段進(jìn)行了模擬，分析齒輪滾軋過程中初始咬入量、摩擦系數(shù)、滾壓輪齒數(shù)等主要因素對(duì)打滑程度的影響；使用自行開發(fā)的齒輪滾軋成形實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)純鋁試樣進(jìn)行了滾軋成形初始階段分齒實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證了有限元模擬結(jié)果的可靠性。

齒輪滾軋成形過程中突耳缺陷易導(dǎo)致金屬折疊，降低齒輪力學(xué)性能。本書對(duì)齒輪滾軋成形過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，通過對(duì)齒輪滾軋成形模擬結(jié)果中坯料的受力狀況、變形分布及金屬流動(dòng)情況進(jìn)行分析，揭示了突耳的形成機(jī)理。對(duì)鍛鋁試樣進(jìn)行了滾軋成形實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證了有限元模擬結(jié)果的可靠性。

本書確定了影響齒輪滾軋成形過程中齒坯有效齒形體積的成形工藝參數(shù)及滾壓輪結(jié)構(gòu)參數(shù)，并對(duì)齒輪滾軋成形過程進(jìn)行了模擬，分析了齒輪滾軋成形過程中成形工藝參數(shù)及滾壓輪結(jié)構(gòu)參數(shù)等對(duì)有效齒形的影響；對(duì)鍛鋁試樣進(jìn)行了滾軋成形實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證了有限元模擬結(jié)果的可靠性。

突耳缺陷的存在嚴(yán)重影響齒輪成形質(zhì)量。本書基于突耳成形機(jī)理，對(duì)齒輪滾軋成形過程進(jìn)行了模擬，采用正交實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)影響齒形突耳的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，獲得影響齒形突耳的主要、次要工藝因素和滾壓輪結(jié)構(gòu)因素，篩選出最優(yōu)的工藝方案組合及滾壓輪齒形結(jié)構(gòu)，優(yōu)化分析并給出提高齒形成形質(zhì)量的預(yù)制坯設(shè)計(jì)方法。考慮通過采用添加圓柱輪對(duì)齒形突耳施加機(jī)械外力的方法，阻礙及抑制突耳徑向增長(zhǎng)，并對(duì)滾軋成形過程進(jìn)行了模擬。

本書述及的研究工作完善了齒輪滾軋成形工藝的基礎(chǔ)理論，給出了齒輪滾軋工藝參數(shù)對(duì)成形質(zhì)量的影響規(guī)律，揭示了齒形突耳缺陷的形成機(jī)理，提出了有效控制齒輪滾軋成形質(zhì)量的具體措施，為促進(jìn)齒輪滾軋技術(shù)的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。

由于作者水平有限，加之時(shí)間倉促，不足之處在所難免，請(qǐng)讀者不吝指正。

著者

2018年4月