一种小模数齿形件电流辅助旋压成形方法

本发明涉及机械工程的塑性加工成形领域，尤其涉及一种小模数齿形件电流辅助旋压成形方法。

背景技术：

1、小模数齿形件具有结构紧凑、体积小、重量轻和传动精度高等优点，被广泛应用于航空航天、智能机器人和高端数控机床等领域。

2、工程应用中主要采用滚齿的方式进行加工，但加工效率低、成本高；采用冷/热旋压成形的小模数齿形件，齿形区金属流线完整，与传统滚齿方式相比，冷/热旋压成形的小模数齿形件具有更好的强度和疲劳寿命。

3、但由于冷旋压成形的齿顶易出现填充不满的现象；同时热旋压成形后的小模数齿形件整体会出现表面氧化的现象。

4、因此对于高精度的小模数齿形件，这极大影响了整体的成形质量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种小模数齿形件电流辅助旋压成形方法。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种小模数齿形件电流辅助旋压成形方法，包括如下步骤：

4、步骤一，小模数齿形件杯形坯料成齿位置外径d1计算

5、根据小模数齿形件变形前后截面积相等的原则，先计算目标小模数齿形件单个轮齿部分的面积a0；然后根据小模数齿形件的齿数n，计算出周向所有轮齿的面积an＝na0，并将此面积按均匀环形分布在齿根圆(df)的外侧，最后通过公式:求解出杯形坯料1变形区的外径d1；

6、步骤二，小模数齿形件杯形坯料的加工

7、根据零件无齿侧壁部分的外径和计算出的有齿侧壁部分的外径d1，实际小模数齿形件内径以及不变形区的结构特征加工出小模数齿形件坯料，并考虑在坯料口部留出电刷夹持区将坯料轴向长度增加，最后在坯料底部轴心的位置加工出一个圆孔；

8、步骤三，电流辅助旋压成形

9、首先将杯形坯料1固定在芯模5上，将正极电刷7夹持在杯形坯料1的电刷夹持区；该正极电刷7具有两个对称的引脚，其中一个为导电引脚，另一个为绝缘引脚，导电引脚位于旋压时的变形区的正下方；导电引脚与杯形坯料1的电刷夹持区电接触，绝缘引脚与杯形坯料1的电刷夹持区绝缘；然后用尾顶2将杯形坯料1顶紧并确保定位销3通过杯形坯料的中心孔，将负极电刷6夹持在尾顶2上；该负极电刷6导电引脚与尾顶2电接触，绝缘引脚与尾顶2绝缘；

10、带齿旋轮4沿着径向进给，并与芯模5保持同步旋转，同时给正极电刷7和负极电刷6通入脉冲电流，打开空气压缩机9和红外测温仪8，空气压缩机9为旋压变形区域提供冷却空气，红外测温仪8检测旋压变形区域的温度数据；脉冲电流从正极电刷7的导电引脚流入，经过带齿旋轮4下方的变形区后流向不变形区，最后经过尾顶2从负极电刷6的导电引脚流出，进而实现电流辅助旋压。

11、正极电刷7和负极电刷6的两个导电脚之间的连线，均位于杯形坯料1的旋压变形区域内。

12、正极电刷7和负极电刷6在圆周方向的夹持位置相同。

13、电流辅助旋压过程中，观察红外测温仪8的读数，若温度高于100℃，加大空气压缩机9的气流量，控制杯形坯料1变形区的温度在100℃以下，然后在设定的渐进式成形方法下，直至完成小模数齿形件电流辅助旋压成形。

14、渐进式成形方法是指，带齿旋轮4按照设定的径向进给速率，从杯形坯料1外圆按设定的速度直接进给至小模数齿形件的齿根圆弧处。

15、负极电刷6的结构与正极电刷7相同。

16、杯形坯料1轴向增加的长度是使用正极电刷7或负极电刷6厚度的1.2倍。

17、绝缘引脚是指与杯形坯料1之间放置一绝缘片10实现绝缘，使全部脉冲电流仅流经带齿旋轮4所接触的杯形坯料1变形区域。

18、完成电流辅助旋压成形后，将小模数齿形件的电刷夹持区和变形区域中靠近不变形区域多余的材料切除，并完成底部结构的加工。

19、本发明具有如下的优点及效果：

20、与现有滚齿加工技术相比，本发明制备小模数齿形件的电流辅助旋压成形方法不仅能极大的减少材料消耗、降低生产成本，还能保留齿形区完整的金属流线，有利于提高小模数齿形件的强度、疲劳寿命和生产效率。

21、与现有冷/热旋压成形技术相比，本发明的电流辅助旋压成形技术，在成形过程中通过电致塑性效应，既克服了室温下成形材料塑性及变形能力不足、变形抗力大导致的齿形填充不满的问题，又避免了高温时的表面氧化，实现在较低温度下有效降低材料的变形抗力提高塑性，满足小模数齿形件精确塑性成形的要求。同时设备简单，降低零件制造成本。

22、本发明加工方法获得的小模数齿形件，可应用于航空航天、智能机器人和高档数控机床等领域。

技术特征：

1.一种小模数齿形件电流辅助旋压成形方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述小模数齿形件电流辅助旋压成形方法，其特征在于，正极电刷(7)和负极电刷(6)的两个导电脚之间的连线，均位于杯形坯料1的旋压变形区域内。

3.根据权利要求1所述小模数齿形件电流辅助旋压成形方法，其特征在于，正极电刷(7)和负极电刷(6)在圆周方向的夹持位置相同。

4.根据权利要求1所述小模数齿形件电流辅助旋压成形方法，其特征在于，电流辅助旋压过程中，观察红外测温仪(8)的读数，若温度高于100℃，加大空气压缩机(9)的气流量，控制杯形坯料1变形区的温度在100℃以下，然后在设定的渐进式成形方法下，直至完成小模数齿形件电流辅助旋压成形。

5.根据权利要求4所述小模数齿形件电流辅助旋压成形方法，其特征在于，渐进式成形方法是指，带齿旋轮(4)按照设定的径向进给速率，从杯形坯料(1)外圆按设定的速度直接进给至小模数齿形件的齿根圆弧处。

6.根据权利要求1所述小模数齿形件电流辅助旋压成形方法，其特征在于，负极电刷(6)的结构与正极电刷(7)相同。

7.根据权利要求1所述小模数齿形件电流辅助旋压成形方法，其特征在于，杯形坯料(1)轴向增加的长度是使用正极电刷(7)或负极电刷(6)厚度的1.2倍。

8.根据权利要求1所述小模数齿形件电流辅助旋压成形方法，其特征在于，绝缘引脚是指与杯形坯料(1)之间放置一绝缘片(10)实现绝缘，使全部脉冲电流仅流经带齿旋轮(4)所接触的杯形坯料(1)变形区域。

9.根据权利要求1所述小模数齿形件电流辅助旋压成形方法，其特征在于，完成电流辅助旋压成形后，将小模数齿形件的电刷夹持区和变形区域中靠近不变形区域多余的材料切除，并完成底部结构的加工。

技术总结本发明公开了一种小模数齿形件电流辅助旋压成形方法；包括杯形坯料外径和轴向长度的选择、电流辅助旋压成形、口部少量材料切除和底部制孔步骤。本发明通过渐进式电流辅助旋压成形、电流路径控制、成形温度限制以及表面修型，通过旋压成形完整保留了小模数齿形件齿形区的金属流线，提高了产品质量和零件的疲劳寿命；通过电流辅助在较低温度的条件下提高了材料塑性，避免了高温氧化带来的质量问题。并且简化了生产工序，显著缩短加工流程，有效提高了产品质量以及生产效率。同时设备简单，降低零件制造成本。技术研发人员：周昊阳,夏琴香,肖刚锋,程秀全,陈灿,程思竹受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13