第36卷第2期 北京科技大学学报 Vol.36 No.2 2014年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2014 齿廓间相对滑动对滚轧齿轮齿廓金属流动的影响 朱小星，王宝雨四，杨乐毅，左斌，李智 北京科技大学机械工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:bywang(@ustb.cdu.cn 摘要基于范成挤压原理，采用梯形面积近似代替轧件长高齿形面积，对齿廓间的相对滑动进行了理论求解分析：从齿廓 的相对滑动状况分析了其对轧件齿廓所受剪切摩擦方向的影响。通过仿真和实验相结合的方法验证了齿廓间相对滑动对齿 廓金属流动方向的影响，证实了齿廓金属拉起和所受摩擦方向的一致性. 关键词齿轮：滚轧：剪切摩擦：金属流动 分类号TG335.19 Effect of relative sliding on tooth profiles metal flow during gear roll forming ZHU Xiao-ing,WANG Bao-yu,YANG Le-yi,ZUO Bin,LI Zhi School of Mechanical Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:bywang@ustb.edu.en ABSTRACT Based on the generating and extrusion theory,relative sliding between tooth profiles during gear roll forming process was solved by using the trapezoid area approximately instead of the rolled gear tooth grown area.The shear friction direction on the tooth profiles was analyzed from the relative sliding state.The influence of the relative sliding on the metal flow direction on gear profiles was verified through numerical simulation and experiment.It is verified that metal pulling on the rolling profiles is consistent with the shear friction direction. KEY WORDS gears:roll forming:shear friction:metal flow 齿轮能够以简单、紧凑的结构形式传递较大的 美等发达国家对齿轮冷轧工艺进行了试验性研究， 力和运动，具有传动平稳、传动比精确、工作可靠、效 并分析了机床刚度等对齿形精度的影响]：前苏 率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大等优 联、日本等曾对热轧齿轮做了很有意义的工作因： 点，因此在工业领域被广泛的应用.目前齿轮主要 国内的中国兵器工业研究所和天津工业大学圆 采用金属切削的方式制造，齿轮的滚轧成形是一种 对冷轧小模数齿轮进行了探讨分析，上海大学的应 利用齿轮形轧辊和轧件之间的范成挤压原理成形齿 富强等回和北京科技大学的于杰等0U对楔横轧 形的横轧工艺，这种工艺可以大大提高齿轮的制造 齿轮轴进行了较为系统的研究，燕山大学2-国、兰 效率，缩短加工工时，节省原材料，降低成本；又由于 州理工大学等单位对小模数渐开线花键的冷轧 轧制成形不切断金属纤维，可以得到似锻组织，因此 工艺做了具有应用价值性的研究工作.然而，针对 最终成形的齿轮齿形弯曲强度和接触强度与通过金 轧制过程中轧件齿形的成形过程以及齿廓金属流动 属切削加工方式加工出的齿形相比能提高20% 影响因素分析仍不清晰.轧辊和轧件齿面间的相对 左右四 滑动是影响热轧过程中轧件齿廓金属流动的重要因 目前，针对齿轮轧制工艺的研究应用有限：德、 素.本文基于齿廓共轭啮合原理，对轧制过程中轧 收稿日期：20130704 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51375042：“现代交通金属材料与加工技术北京实验室”经费资助项目 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.02.017:http://journals.ustb.edu.cn第 36 卷 第 2 期 2014 年 2 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 No． 2 Feb． 2014 齿廓间相对滑动对滚轧齿轮齿廓金属流动的影响 朱小星，王宝雨，杨乐毅，左 斌，李 智 北京科技大学机械工程学院，北京 100083  通信作者，E-mail: bywang@ ustb． edu． cn 摘 要 基于范成挤压原理，采用梯形面积近似代替轧件长高齿形面积，对齿廓间的相对滑动进行了理论求解分析; 从齿廓 的相对滑动状况分析了其对轧件齿廓所受剪切摩擦方向的影响． 通过仿真和实验相结合的方法验证了齿廓间相对滑动对齿 廓金属流动方向的影响，证实了齿廓金属拉起和所受摩擦方向的一致性． 关键词 齿轮; 滚轧; 剪切摩擦; 金属流动 分类号 TG 335. 19 Effect of relative sliding on tooth profiles metal flow during gear roll forming ZHU Xiao-xing，WANG Bao-yu ，YANG Le-yi，ZUO Bin，LI Zhi School of Mechanical Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: bywang@ ustb． edu． cn ABSTＲACT Based on the generating and extrusion theory，relative sliding between tooth profiles during gear roll forming process was solved by using the trapezoid area approximately instead of the rolled gear tooth grown area． The shear friction direction on the tooth profiles was analyzed from the relative sliding state． The influence of the relative sliding on the metal flow direction on gear profiles was verified through numerical simulation and experiment． It is verified that metal pulling on the rolling profiles is consistent with the shear friction direction． KEY WOＲDS gears; roll forming; shear friction; metal flow 收稿日期: 2013--07--04 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51375042) ; “现代交通金属材料与加工技术北京实验室”经费资助项目 DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． 02． 017; http: / /journals． ustb． edu． cn 齿轮能够以简单、紧凑的结构形式传递较大的 力和运动，具有传动平稳、传动比精确、工作可靠、效 率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大等优 点，因此在工业领域被广泛的应用． 目前齿轮主要 采用金属切削的方式制造，齿轮的滚轧成形是一种 利用齿轮形轧辊和轧件之间的范成挤压原理成形齿 形的横轧工艺，这种工艺可以大大提高齿轮的制造 效率，缩短加工工时，节省原材料，降低成本; 又由于 轧制成形不切断金属纤维，可以得到似锻组织，因此 最终成形的齿轮齿形弯曲强度和接触强度与通过金 属切削加工方式加工出的齿形相比能提高 20% 左右［1］． 目前，针对齿轮轧制工艺的研究应用有限: 德、 美等发达国家对齿轮冷轧工艺进行了试验性研究， 并分析了机床刚度等对齿形精度的影响［2--5］; 前苏 联、日本等曾对热轧齿轮做了很有意义的工作［6］; 国内的中国兵器工业研究所［7］和天津工业大学［8］ 对冷轧小模数齿轮进行了探讨分析，上海大学的应 富强等［9］和北京科技大学的于杰等［10--11］对楔横轧 齿轮轴进行了较为系统的研究，燕山大学［12--13］、兰 州理工大学［14］等单位对小模数渐开线花键的冷轧 工艺做了具有应用价值性的研究工作． 然而，针对 轧制过程中轧件齿形的成形过程以及齿廓金属流动 影响因素分析仍不清晰． 轧辊和轧件齿面间的相对 滑动是影响热轧过程中轧件齿廓金属流动的重要因 素． 本文基于齿廓共轭啮合原理，对轧制过程中轧