摘要：本文从齿轮冷挤压加工过程入手，通过正确分齿的条件，提出了齿轮冷挤压过程中出现的乱齿或多齿缺陷产生的原因并提出了避免产生缺陷的措施。
关键词：齿轮；冷挤压；乱齿
1.问题的提出
齿轮的切削加工是常用的工艺方法，工艺比较成熟。齿轮的冷挤压工艺相对于齿轮切削工工艺有很多优点，这种工艺越来越受到重视，但是这种工艺还不够成熟，加工过程中经常产生乱齿或多齿等缺陷，因此，分析这些缺陷产生的原因及提出解决措施具有十分重要的意义。
2.齿形冷挤压成形工艺过程：
为了找到齿轮冷挤压过程中这些缺陷产生的原因，首先要弄清楚齿形冷挤压成形过程。
齿形冷挤压成形过程是金属材料在滚压轮的挤压下产生塑性变形并产生强制流动的工艺过程，分为以下三个阶段:
1)分齿阶段 滚压轮在接触坯料的瞬间，在摩擦力作用下滚压轮带动坯料旋转，并在齿坯外圆上压出n段印痕，n即为齿数。
2)齿形成形阶段 滚压轮逐步径向进给咬入，在与坯料的展成运动过程中,使坯料表层金属强制流动形成渐开线齿形。
3)校正阶段 滚压轮不再径向进给，保持滚压轮与工件间中心距不变，对成形阶段形成的齿形进行校正,获得较高精度的齿形。
3.正确分齿的条件：
为保证坯料正确分齿，必须满足以下三个条件：
（1）均匀分齿条件
滚压轮应带动坯料初始外圆做纯滚动 滚压过程中，为了保证能均匀分齿，坯料应匀速旋转，而这个可由纯滚动实现。
根据力学关系，计算得到滚压轮与坯料初始外圆做纯滚动的条件如下：
自然咬入的情况下：
在齿坯滚压过程中，坯料由于受滚压轮的挤压而沿滚压轮齿根方向向滚压轮两齿所形成的空间区域发生塑性流动变形,从而形成轮齿。坯料初始直径的大小对挤压后的齿数有很大的影响。因为冷挤压是塑性成形过程,坯料在挤压前后体积不变,且假设坯料轴向不发生流动,因此,可利用坯料变形前后截面积相等原则，如图2所示,即面积A1=A2
图2 坯料截面积相等确定初始直径示意图
根据以上关系,求得坯料初始直径如下：
式中，da为齿顶圆直径,命df为齿根圆直径,Sa为齿顶厚度,Sf为齿根厚度,αf为齿根圆压力角,db为基圆直径,化αk为齿顶圆压力角。
4.乱齿或多齿原因分析
乱齿或多齿是由于在分齿阶段分齿不正确引起的，根据正确分齿条件，产生乱齿或多齿的原因如下：
（1）分齿阶段滚压轮和齿坯外圆之间打滑
齿轮的冷挤压工艺一般是采用自由分度式滚压，坯料与滚压轮之间始终处于自由对滚状态，当坯料和滚压轮间发生相对滑动时，很难保证滚压轮与工件齿坯之间按正确的传动比传动，并且齿坯的旋转不是匀速的，因此由于分度不均匀产生了乱齿或多齿现象。
（2）滚压轮的尺寸参数与工件齿形参数不匹配
滚压轮是专用的齿轮滚压模具，滚压轮和工件的齿顶圆与齿数之比应相等。
（3）坯料初始直径不正确
坯料初始直径过大或过小都会造成分齿阶段不能按整数齿数分度，从而产生乱齿或多齿现象
5.避免乱齿或多齿的措施
1）防止滚压轮和齿坯外圆之间打滑
（1）在自然咬入情况下，即在分齿阶段，滚压轮和坯料呈自然接触,滚压轮边旋转边径向进给而逐渐咬入坯料,带动坯料旋转,这是滚压中的自然咬入状况，根据滚压轮与坯料纯滚的条件，滚压轮与坯料之间的摩擦系数越大、滚压轮齿数越多，越容易实现纯滚动。所以保持滚压轮与坯料外圆较粗糙的表面，如表面的最后工序不要磨削；采用大直径的专用滚压轮进行滚压有利于实现纯滚动。
（2）采用强制咬入的滚压模式 自然咬入的情况下，难以保证滚压轮与坯料纯滚，如果采用强制咬入的滚压模式，可以较稳定地保证滚压轮与坯料纯滚。在分齿阶段，滚压轮先单独径向进给不旋转,当咬入坯料到一定深度后再边带动坯料旋转边径向进给,这种初始进给方式,称之为强制咬入。滚压轮强制咬入坯料一定深度,坯料相应位置被挤形成凹坑,减小了打滑，降低了错齿、乱齿缺陷产生的可能性。
2）检查滚压轮和工件间的参数是否匹配
滚压轮要专用，要根据工件齿轮参数设计制造专用的滚压轮。
3）校正工件坯料初始直径
由于在滚压过程中材料或多或少沿轴向流动，滚压轮的制造误差等原因，按前面计算方法得到的坯料初始直径需要修正，可以通过实验校正。
论文作者:伍爱元1 言玲2
论文发表刊物:《知识-力量》2019年11月53期
论文发表时间:2019/12/6
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