连续冷冲击成形花键载荷分析与成形质量研究

发布时间：2018-12-11 11:34

【摘要】：连续冷冲击成形工艺是一种生产较大模数花键的冷体积塑性成形工艺。该工艺加工原理是利用滚打轮瞬时冲击工件表面,使工件表面产生塑性变形,控制并累积变形至花键轴所需形状。连续冷冲击成形工艺属于无屑的近净成形工艺,花键轴可由毛坯直接加工成形,生产过程中不需去除材料,具有省材环保、加工效率高等优势,且塑性变形能保证金属表面晶粒的完整性,结合冷作硬化效应,使得最终成形的花键轴具有很好的的齿面强度与耐磨性。新的工艺依靠相应的新装备来完成实现,装备的研发是制约新工艺推广与应用的重要因素。目前连续冷冲击成形装备的研究尚无完整的理论支撑,设备的研发工作主要集中在工艺的动作完成与协同上,关于影响装备的载荷分析以及影响工件成形质量的各种因素考虑较少。因此本文重点研究了装备的载荷特征,以及从冲击机构、进给量两方面对成形质量的影响展开分析。本文首先研究了成形过程中装备的载荷特征。基于实际工况利用ABAQUS与MATLAB拟合出受冲击工件的载荷,该载荷为高频重载的循环载荷,以冲量为评价标准从常用波形中选取正弦波形载荷为等效模拟载荷,利用该模拟载荷计算装备易损件的寿命,通过与实际使用寿命对比验证模拟载荷的等效性,此方法为机床设计过程中的载荷确定、冲击计算、疲劳寿命计算等提供了理论依据。在此基础上,进行了试验样机的研制,进一步验证了理论正确性。基于对冷冲击成形花键过程机床载荷的研究,综合考虑冲击部件的弹性变形以及转动副存在间隙两因素对成形质量的影响,提出了一种针对连续冷冲击成形装备冲击部件偏差量的计算方法。本文建立了冲击机构的弹性变形模型并进行运动学与动力学分析,利用数学矢量模型分析间隙中滚打轮轴颈与轧辊轴套间的位置关系,由于存在间隙两物体之间会发生接触碰撞,基于两种经典碰撞模型,考虑碰撞过程中的能量损失与两碰撞体的表面形状,提出适用于本课题的更加完善的碰撞模型,并利用Adams软件进行仿真计算得到滚打轮运动与理想轨迹的偏差量为0.4128mm,并通过实验测得实际偏差量为0.42875mm,验证了理论的正确性。加工过程中的进给量是影响冷冲击成形花键轴质量的重要的工艺参数之一,本文将成形形状与理想形状的偏差量从高度与宽度两个方向进行定量分析。高度方向,将成形过程投影至xoz平面,从工艺原理入手,建立成形过程数学模型,经定量分析得出滚打轮尺寸与偏差量成负相关,偏差量最大处为z方向上z/2齿侧顶端,最大偏差量与进给量成正相关。宽度方向,创新型提出等宽线的概念,结合工艺原理,得出不同高度处齿槽的计算宽度,通过与该处的理想宽度做对比,偏差最大量与x方向最大偏差量处一致,且y方向的偏差量与进给量的平方成正比。在ABAQUS软件中设置两组不同的进给量仿真连续冷冲击花键过程,通过分析比较每种进给量的齿槽上偏差量与齿侧上偏差量,证明了以上理论分析的正确性,为科学设置加工工艺参数提供理论依据。
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【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG385

【参考文献】

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本文编号：2372475