[发明专利]一种基于增材制造技术的直齿面齿轮快速精铸工艺

说明书

技术领域

本发明涉及直齿面齿轮生产领域，具体涉及一种基于增材制造技术的直齿面齿轮快速精铸工艺。

背景技术

直齿面齿轮是一种与直齿圆柱齿轮相啮合的平面齿圈齿轮，正是因为这种独特的啮合方式使得直齿面齿轮作为一种新兴的传动部件不仅被用于传递相交轴线的运动和动力,而且相比于传统齿轮(如圆柱齿轮、圆锥齿轮)还具有重合度高、传动平稳、噪声低、扭矩分流效果好等传动优势，这些优势使得直齿面齿轮被广泛应用于低速和高速、轻载和重载的众多传动领域中。然而，直齿面齿轮的齿面较为复杂，其几何形状已不是传统渐开线齿面或其他常见的齿面，而是一种复杂的空间曲面，目前针对直齿面齿轮的加工方法主要分为展成法加工和成形法加工。展成法加工是将刀具和工件按一定的速比做纯滚动以形成展成运动，所获得的加工表面就是通过刀具和工件做展成运动所形成的包络面，这种加工方式主要是以插齿/滚齿作为粗/半精加工，磨齿作为精加工；而成形法加工则是采用与被加工齿轮轮齿槽相同形状的成形刀具对齿形进行加工，其加工方式主要是数控铣削加工。这些传统的直齿面齿轮加工方法都是基于机加工方式对直齿面齿轮进行制造的，都需要经历一个“从毛坯到半成品再到成品”的由粗到精加工过程，其加工效率较低、不易实现批量化快速制造，其次采用展成法进行加工时虽然能获得较高质量的制件，但加工时需要采用专用机床及专用刀具，且专用刀具的研制过程较为复杂，研制周期长、费用高，因此不适合进行批量生产；如果采用成形法进行加工，虽然避免了上述研制专用刀具的麻烦，提高了面齿轮的加工效率，降低了加工成本，实现了面齿轮的批量生产，但加工出的面齿轮制件精度较低、表面粗糙度较大，从而使得现有技术在直齿面齿轮的批量化生产中存在着效率低或质量差的问题。

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于增材制造技术的直齿面齿轮快速精铸工艺，旨在解决现有技术在直齿面齿轮的批量化生产中存在的效率低或质量差等问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于增材制造技术的直齿面齿轮快速精铸工艺，其特征在于，包括如下操作步骤：

S1：构建直齿面齿轮的三维模型；

S2：构建直齿面齿轮母模的三维模型；

S3：制造直齿面齿轮的母模实体；

S4：制直齿面齿轮制件。

进一步的方案为：

步骤S1中：基于直齿面齿轮齿面参数化建模坐标点计算系统构建直齿面齿轮的三维模型。具体操作为：

S11：在Mtalab软件中调取并运行已编制好的直齿面齿轮齿面参数化建模坐标点计算系统，根据所输入的直齿面齿轮设计参数系统会自动计算出该设计参数下的直齿面齿轮内外径大小及相应的齿面建模点的三维坐标值；

S12：根据上述直齿面齿轮齿面参数化建模坐标点计算系统计算出的齿面各建模点坐标，在UG环境下利用4阶3次的工程样条曲线构建相应的轮齿模型，结合直齿面齿轮齿面参数化建模坐标点计算系统计算出的直齿面齿轮的内径和外径大小构建出直齿面齿轮的圆柱形底座。

步骤S2中：基于“带有活动成型零部件的注射模具设计方法”构建直齿面齿轮母模的三维模型。具体操作为：

S21：结合熔模铸造过程中浇注直齿面齿轮蜡模与金属制件时的收缩特点及相应收缩率在UG环境下对直齿面齿轮的三维模型进行放大处理；

S22:在UG环境下选取直齿面齿轮圆柱底座的底面作为基准面，将放大后的直齿面齿轮外径圆沿齿顶方向进行拉伸并通过“布尔实体求差运算”得到型芯的三维模型，其次在该型芯上构建相应的型芯圆柱形底座及型芯的中心定位孔；

S23:在UG环境下根据型芯模型的结构与尺寸，选取型芯圆柱底座的圆形上表面作为基准面，结合各注蜡机型号与模具尺寸的对应关系建立相应的底模三维模型；

S24：在UG环境下选取直齿面齿轮圆柱形底座的下表面作为基准面，结合型芯模型与底模模型的结构尺寸构建相配合的顶模三维模型，同时根据型芯的中心定位孔的结构尺寸构建出相配合的贯穿于型芯、顶模、底模的中心定位轴；

S25：在UG环境下设计直齿面齿轮母模的浇注道、冒口、排气道等浇注系统以及相应的定位卡块/定位卡槽、起模槽等辅助配件。

步骤S3中：利用FDM快速成型技术增材制造直齿面齿轮的母模实体。具体操作为：