基于数值模拟的局部变过盈量组合凹模研究

发布时间：2019-11-30 16:23

【摘要】：借助有限元软件分析了预紧力状态下,采用均匀变过盈量设计的组合凹模能有效减小消气带区齿根的切向压应力,以避免线切割时模具的破损,但模芯成形区齿根的切向压应力也相应减小,无法完全抵消挤压时在成形区产生的拉应力,从而影响了模具的使用寿命。为解决这一问题,提出局部变过盈量组合凹模的设计方法,即在模芯上部采用均匀过盈量,下部采用变过盈量的设计,以保证预紧状态下模芯成形区齿根切向压应力不被减小,而只减小消气带齿根的切向压应力,有效提高了模具寿命。以模数m=4的某齿轮为研究对象,通过数值模拟,确定了锥角γ″=1°,γ'''=1.2°,均匀过盈量区高度h=21 mm等参数进行实际生产,与均匀变过盈量模具寿命相比,提高了35%左右。
【图文】：

Ｉ杓埔蕴岣咦楹习寄５牡?性强度极限和疲劳寿命;刘丹等［6］提出了采用可控运动凹模的成形工艺，有效降低了直齿圆柱齿轮冷挤压成形载荷和改善了齿形角隅部分充填性;冯文杰等［7－8］提出了一种非均匀过盈量组合凹模设计，采用数值模拟及工艺实验相结合的方法对模具进行了优化设计，极大提高了模具寿命。本文针对均匀变过盈量组合凹模设计会减小模芯成形区预紧压应力的问题，进行改进设计，，提出了一种新的组合凹模结构设计，使模具寿命进一步提高。1均匀变过盈量设计均匀变过盈量组合凹模设计［7］，如图1所示，是指在模芯与模具中圈之间采用不同的锥角设计，使中圈内壁的锥角γ'＞模芯外壁的锥角γ，从而改变预紧状态下模具型腔(即模芯)各区域的应力分布(图2)，既可使模芯成形区产生较大的压应力，以抵消挤压过程的切向拉应力;又可使模芯消气带不产生过大的应力值，造成模芯线切割时出现破裂。图1均匀变过盈量组合凹模结构Fig.1Structureofcombineddiewithuniformchangeableinterference图2模具型腔结构分区示意图Fig.2Zoningmapofdiecavitystructure以某载重汽车用轮边减速器的大模数(m=4)直齿圆柱齿轮为研究对象(图3)，设计的变过盈量组合凹模主要尺寸参数如表1所示。其中，D2，D3，D4分别为模芯、中圈及外圈的外径，U1和U2分别为中圈与模芯、外圈与中圈之间的过盈量。图3行星轮零件图Fig.3Partdrawingofplanetgear表1组合凹模主要尺寸(mm)Table1Maindimensionsofcombineddie(mm)尺寸参数D2D3D4U1U2数值Φ104Φ190Φ2800.1560.267其中，外圈内壁锥角、中圈外壁锥角、模芯外壁锥角均取γ=1°，外圈与中圈之间为均匀过盈，过盈系数β3=2.81‰;中圈内壁锥角γ'?

部分充填性;冯文杰等［7－8］提出了一种非均匀过盈量组合凹模设计，采用数值模拟及工艺实验相结合的方法对模具进行了优化设计，极大提高了模具寿命。本文针对均匀变过盈量组合凹模设计会减小模芯成形区预紧压应力的问题，进行改进设计，提出了一种新的组合凹模结构设计，使模具寿命进一步提高。1均匀变过盈量设计均匀变过盈量组合凹模设计［7］，如图1所示，是指在模芯与模具中圈之间采用不同的锥角设计，使中圈内壁的锥角γ'＞模芯外壁的锥角γ，从而改变预紧状态下模具型腔(即模芯)各区域的应力分布(图2)，既可使模芯成形区产生较大的压应力，以抵消挤压过程的切向拉应力;又可使模芯消气带不产生过大的应力值，造成模芯线切割时出现破裂。图1均匀变过盈量组合凹模结构Fig.1Structureofcombineddiewithuniformchangeableinterference图2模具型腔结构分区示意图Fig.2Zoningmapofdiecavitystructure以某载重汽车用轮边减速器的大模数(m=4)直齿圆柱齿轮为研究对象(图3)，设计的变过盈量组合凹模主要尺寸参数如表1所示。其中，D2，D3，D4分别为模芯、中圈及外圈的外径，U1和U2分别为中圈与模芯、外圈与中圈之间的过盈量。图3行星轮零件图Fig.3Partdrawingofplanetgear表1组合凹模主要尺寸(mm)Table1Maindimensionsofcombineddie(mm)尺寸参数D2D3D4U1U2数值Φ104Φ190Φ2800.1560.267其中，外圈内壁锥角、中圈外壁锥角、模芯外壁锥角均取γ=1°，外圈与中圈之间为均匀过盈，过盈系数β3=2.81‰;中圈内壁锥角γ'取值由1°开始依次增加0.05°，得到中圈与模芯之间沿模具高度方向变化的过盈系数β2。如图2所示，在模芯各区域依次取点，研究其在预紧状态和工作状态下?

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