基于范成原理加工直齿面齿轮,通过建立直齿面齿轮加工坐标系以及对啮合方程的求解,建立了直齿面齿轮的数学模型,并以此为依据建立了直齿面齿轮的热滚轧模型。利用deform-3D软件对直齿面齿轮的热滚轧过程进行数值模拟,模拟出轮齿的成形过程。分析了突耳的形成机理,以突耳为指标,考虑温度、转速、进给量以及滚轧轮倒角这些方面。利用正交实验得出了最合理的工艺参数坯料轮温度1100℃,滚轧轮转速3.14rad/s,进给速度0.2mm/s,滚轧轮倒角1.5mm。为后续实验奠定基础。

为了预测热滚轧面齿轮齿廓表层残余压应力峰值大小和残余压应力层深度,利用DEFORM-3D有限元仿真软件对热滚轧面齿轮加工过程进行仿真,获得不同工艺参数组合下齿廓表层残余压应力峰值大小和残余压应力层深度。以仿真结果为数据样本,采用响应曲面法建立热滚轧面齿轮齿廓表层残余压应力和压应力层深度的预测模型,并以残余压应力峰值最大、残余压应力层深度最小为优化目标,得到最优工艺组合。以最优工艺组合为实际加工参数,对齿廓表层残余应力实测值与预测值进行对比分析可知,实测值小于预测值,最大误差不超过17%。表明所建立的预测模型可以实现对热滚轧面齿轮表层残余应力的测控。