目的及意义（含国内外研究现状）

近年来制造业发展迅速，人们对于零件的需求量和制造精度的要求也得到 了很大的提高，传统的加工工艺已经很难满足现代工业的发展需求。如齿轮类零件，传统的切削加工不但生产效率低、材料利用率低、功耗大，而且加工 出来的齿轮的寿命也比较短，这造成使用此齿轮的设备经常需要保养维修。 如何提高零件的生产效率、缩短制造周期和减少能源消耗已经成为人们日益关注的问题，因此迫切需要一种新的加工工艺来满足这种要求。与传统加工工艺 不同的是，塑性成形工艺不但生产效率高、节约能源，而且由于塑性加工改 善了零件的组织结构，使得零件服役性能有了很大程度的提高^[1]。摆辗工艺是塑性加工工艺的一种形式，是20世纪60年代发张起来的金属压力加工新工艺，属于锻件生产行业中的特种锻造成型工艺，可用于中小型锻件的精化生产^[2]。所谓的摆动碾压是采用连续局部加载成型的方法来生产锻件，具体是利用一个带圆锥形的上模对毛胚局部加压，并绕中心连续滚动螺旋式压下的加工方法^[3]。由于摆辗有着塑性加工工艺的众多优点，使得摆辗技术在工业中应用非常广泛。

摆动辗压成形技术, 最早出现在20世纪30年代, 但真正进入实用阶段是在20世纪60年代。本技术自出现以来, 受到世界各国的高度重视。目前世界上积极研究制造摆辗机及其生产工艺的厂商主要有瑞士的Schmid公司, 波兰华沙第一自动化压力机制造厂, 英国马赛公司和曼彻斯特理工学院, 日本名古屋国立工业研究所和森铁工株式会社, 俄罗斯全俄冶金设备设计研究院以及美国等^[3]。

波兰华沙工业大学马尔辛尼克教授于20世纪60年代后期发明了PXW型摆辗机, PXW型机摆头具有4种运动轨迹, 摆头运动可实现直线、圆形、螺旋线和多叶玫瑰线四种曲线。

瑞士的Schmid公司研发的T型摆辗机可以承受6300Kn的摆辗标称压力，摆辗机自动化和标准化程度高、精度高、微机控制、操作方便, 但价格相对较高^[5]。

日本森铁工株式会社 (MORI) 在1990年成功制造第一台具有3种摆头运动轨迹的摆辗机,1992年成功研制了具有四种摆头运动轨迹的摆辗机，能够承受6500Kn的压力。

德国瓦格纳公司于1985年首次将自主研发的AGW400型摆辗机投放市场, 该机具有自动上料和卸料装置^[9]。目前国外在摆辗机研发方面正向大型化和多样化发展^[8]。国外关于摆动辗压的理论研究与生产实践也取得了极大的发展。

在摆辗设备方面，1972年上海电机锻造厂研制出1600k N摆辗机,这是国内第一台摆辗机。其结构简单, 容易加工制造, 维修方便, 摆辗动作易于实现，缺点是工作不太稳定^[3]。20世纪70年代初, 上海机械制造工艺研究所和武汉汽车齿轮厂等单位先后研制出小型摆辗机。哈尔滨汽车齿轮厂应用HNJ-400型摆辗机大齿轮坯，比原胎膜工艺节省了大量的金属，提高了生产效率。1977年，东北重机学院和齐齐哈尔齿轮厂合作研制了一台摆辗机，摆辗李达到2260KN.1984年, 中国兵器工业第59研究所引进波兰PXWP-100C摆辗机, 着手研究摆辗机的传动原理、结构及零部件,设计出6300 kN摆动辗压机, 并于1994年投料制作, 这是我国第1台具有4种运动轨迹的摆动辗压机^[5]。同时周德成，张猛等对摆辗机头驱动电机功率的计算摆辗设备吨位进行了研究^[22,23]；冯文成，胡亚民,耿佩，党杰等对摆辗轨迹进行了研究^[10,13,14]；倪绍科，周德成等对摆头所需的平面静压推力轴承，液体球轴承进行了分析与研究^[24,25]。

在摆辗理论方面，国内外学者的努力下，国内外在摆辗技术理论方面已经取得了很突出的研究成果。清华大学在20世纪80年代就将研究摆辗过程中的“中心拉薄”^[6]现象作为硕士论文选题, 1999年, 哈尔滨工业大学对摆辗过程进行有限元分析, 采用三维刚塑性有限元法对圆盘件的摆辗成形进行数值模拟,江西理工大学2004年开始进行摆辗成形过程有限元模拟研究, 2004年, 武汉理工大学华林教授课题组的“汽车齿轮冷摆辗精密成形技术”项目获湖北省科技进步一等奖, “汽车摩托车齿轮类零件的冷摆辗精密成形关键技术及应用”项目获2005年国家科技进步二等奖, 2007年进行了摆辗成形工艺CAD系统的研制, 他们以某零件研究为对象, 建立了结构设计模型和力学分析模型, 并给出了摆辗工艺参数和力能参数的设计模型。2010年, 华中科技大学与武汉理工大学基于直齿锥齿轮和螺旋锥齿轮三维实体几何模型、三维塑性变形有限元力学模型, 借助DEFORM-3D分析软件, 分析了锥齿轮冷摆辗成形过程, 探究了各工艺参数对锥齿轮冷摆辗成形中力能参数、金属流动和锻件损伤因子值分布的影响规律, 揭示了锥齿轮冷摆辗精密成形机制和规律有限元模拟模型^[7]。

国内关于摆动辗压的理论研究与生产实践基本上与日本、瑞士同步。上海机械制造工艺研究所、武汉汽车齿轮厂、上海电机锻造厂、哈尔滨工业大学等企业和单位都开展摆动辗压机试制和工艺应用研究, 并在摆动辗压原理、变形机理、辐射能参数等理论研究方面取得了长足进步。但国内外关于摆辗技术更多的时停留在理论阶段，制造装备的研发方面还有明显不足。摆辗机的核心部件是传动系统，传动系统能够实现摆头的运动轨迹。现在的制造装备普遍采用双偏心套来实现四种轨迹的运动，摆辗机摆头可以实现圆、直线、螺旋线和玫瑰线４种运动轨迹。圆轨迹适用于回转体零件的成形，直线轨迹适用于长条状零件的成形，螺旋线轨迹适用于心部成形要求高的回转体零件的成形，多叶玫瑰线轨迹适用于端面齿轮等表面结构零件的成形^[10,14]，但现在装备普遍体积较小，所能加工的零件尺寸小，摆辗力也较小，国际上先进的摆辗机已经能够实现800吨的加工，但随着制造业的发展，对装备的要求也提高了。本次毕业设计大型玫瑰线轨迹空间包络制造装备传动系统结构设计，意在设计一个摆辗机的传动系统，利用连杆与齿轮相结合，利用双偏心套的原理，实现1600吨的摆辗力，制造出更加大型的零件，满足更多的制造工艺要求。同时实现玫瑰线的运动轨迹，满足空间包络制造的特殊要求。改变传统切削加工效率低、材料利用率低、功耗大等的问题。