主动螺旋锥齿轮双向镦挤精密成形新工艺研究

发布时间：2020-08-08 18:58

【摘要】：与一般锥齿轮比较,螺旋锥齿轮具备啮合性能更加优良、承载能力更高、传动效率更高等特有的优势。相比切削加工方法,精密塑性成形不仅材料利用率高、生产率高,并且具有连续分布的纤维组织,使得轮齿耐疲劳和耐磨性能更高。虽然已经有诸多研究者对螺旋锥齿轮精密成形进行了研究,但仍然存在成形力大、模具结构复杂、角隅填充欠饱满等缺陷。本文在借鉴“(齿形凸模)双向镦挤精密成形直齿圆柱齿轮”及“螺旋锥齿轮闭塞挤压”研究成果的基础上,以一种齿数为10、中点法向模数为3.338、中点螺旋角为50°的主动螺旋锥齿轮为研究对象,提出了一种无齿凸模双向镦挤精密成形新工艺。本文分析了主动螺旋锥齿轮镦挤成形工艺的特点及其在不同的镦挤成形方案中,预制坯料侧表面、端面所受摩擦力的不同。利用有限元模拟分析软件Deform-3D分别对带轴及无轴主动螺旋锥齿轮的单、双向镦挤成形过程进行了数值模拟研究,对成形力、载荷-行程曲线、等效应力、等效应变等信息进行了分析。结果表明,新工艺的成形过程能够划分为自由变形、充满、角隅充填3个阶段。对带轴主动螺旋锥齿轮来说,与单向镦挤比较,双向镦挤过程中载荷最高值降低了14%以上,等效应力在模具承受范围内,没有产生应力集中现象,材料流动性较好,无破坏现象;对无轴主动螺旋锥齿轮来说,无齿凸模双向镦挤在载荷方面明显较小。金属流动更加顺畅,齿型腔凹模更容易被充满。同时,无齿凸模及其对应的凹模结构简单、容易制造。为了验证数值模拟的可靠性,以纯铅为预制坯料进行了物理模拟实验。预制坯料的设计加工的关键是要保证圆台上、下两端圆柱高度一致。实验过程的关键是对凸模的运动量要进行精确的刻度标记,保证上、下凸模行程一致。通过多次物理实验,得到了齿廓清晰、充填饱满的无飞边铅质主动螺旋锥齿轮。本研究的不足之处是需要专门的制坯工序,对如何实现双向镦挤及锻件脱模考虑不够深入,未能完成生产用模具的整体结构设计。本研究对主动螺旋锥齿轮精密成形技术进行了一次探索,研究结果对主动螺旋锥齿轮高效、节能、节材的近净成形技术研究具有一定参考意义。
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG61
【图文】：

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针对主动螺旋锥齿轮的成形研究探索。轮精密成形主要基于：（1）解决当下齿轮表面精度；（2）设计合理、可靠的生产模]这两点展开研究。关文献，对主动螺旋锥齿轮不同的成形途够大致划分为以下两大类。特点如图 2.1 所示。开式模锻成形过程中会形成优点是开放的模腔能够放松成形过程中对属更好地充满模腔，缺点是飞边作为工艺

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（a）（b）（c）图 2.2 开式模锻金属流动过程[10]（a）自由变形阶段；（b）模腔充满阶段；（c）角隅充填阶段Fig. 2.2 Metal flow process of open-die forging[10](a) Free deformation stage; (b) Cavity full stage; (c) Corner filling stage（1）自由变形阶段：这一阶段压下量为 H1，成形力为P1。坯料属于整体受力、整体变形阶段，在坯料内部近似存在一个分流面。分流面以内的坯料金属流向凸台区域，分流面以外的坯料金属流向法兰区域。（2）模腔充满阶段：这一阶段压下量为 H2，成形力为 P2。此阶段下模腔已经差不多完全被充满，然而上凸台角隅区域还没有充满，金属开始流向飞边槽区域。随着桥部金属逐渐变薄，坯料金属流入飞边的摩擦阻力越来越大，迫使坯料金属流向凸台角隅区域。（3）角隅充填阶段：这一阶段上模压下量为 H3，成形力为 P3。模腔已经完全被坯料金属充满，但上、下模还没有完全闭合，多余的金属会被挤压流入飞边槽，成形力迅速上升。

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图 2.3 开式模锻成形力-行程曲线[11]Fig. 2.3 Load-Stock curve of open-die forging[11]充填过程的分析锻成形，无论是镦粗方式成形还是挤压方式成形，模腔两端部角隅区域。坯料金属在端部角隅区域的应力应变 A 点，受轴向压应力σ3作用，金属沿切向和径向伸长充填至角隅区域[12]。随着坯料金属与模具侧表面的接触料所受侧表面的径向压应力（轴向摩擦力）σ1的逐步增大，σ3的绝对值需要继续增大，即要让两端角隅区域被完全作用更大的成形力。

【参考文献】