从动螺旋锥齿轮毛坯制造全过程仿真及模具寿命的研究

发布时间：2017-05-17 09:23

  本文关键词：从动螺旋锥齿轮毛坯制造全过程仿真及模具寿命的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：从动螺旋锥齿轮是汽车车桥的一个重要零件,近年来,随着汽车产业的繁荣,从动螺旋锥齿轮毛坯的需求量越来越高。与传统的齿轮毛坯开、闭式模锻生产工艺相比,辗环工艺生产大型从动螺旋锥齿轮毛坯,具有设备吨位小、工作环境好、材料利用率和生产率高等多方面的优点。磨损失效和疲劳失效是从动螺旋锥齿轮毛坯闭式模锻模具失效的两种主要形式。由于成形过程中模具的应力有着复杂的变化,目前对于齿轮毛坯模具的失效机理和原因缺乏深入细致的研究。对从动螺旋锥齿轮毛坯的辗环生产工艺全过程进行仿真研究,尤其是辗环过程,这对于环形齿坯类零件生产效率的提高及其工艺设计周期的缩短具有重要意义,这将大为减轻设计人员的劳动强度,进一步提高企业的设计效率和生产能力。成形过程中影响热锻模失效的因素,这也是一个值得考量的问题,对于延长模具寿命有重要意义。文中采用的从动螺旋锥齿轮毛坯辗环生产工艺流程:带锯机棒材下料—感应电炉加热—空气锤镦粗冲孔校形—辗扩机辗扩成形—模锻机模锻。采用三维有限元软件Deform-3d对从动螺旋锥齿轮毛坯进行制造全过程仿真,结果显示成形良好,无不良缺陷,这可为同类环件工艺和模具设计提供参考。针对生产全过程中的重要步骤——辗环,研究了预制件高度对能耗和辗环后锻件质量的影响,结果显示高度较小的预制件总体能耗较小,得到的环件凹坑缺陷也更小。针对闭式热模锻模具的磨损失效,本文基于Deform仿真平台,运用正交实验方法研究了模具硬度、锻压速度、模具预热温度和坯料初始温度对上、下模具成形载荷和磨损量的影响,在此基础上对其进行了极差分析和方差分析,可得最优的成形参数,进行了验证实验并估算了模具的磨损寿命,模拟结果与工厂热锻模实际寿命相符。针对闭式热模锻模具的疲劳失效,本文采用弹塑性有限元模型分析闭式模锻过程模具的应力分布,模拟结果显示应力集中较严重,从模拟结果来看,最大等效应力峰值出现在模具小圆角附近,容易导致模具小圆角部位的疲劳失效。这与生产中的实际情况相吻合,说明模拟结果可靠。采用不同的模腔几何形状参数和成形工艺参数进行模拟,分析了不同参数对模具应力场和温度场的影响。在此基础上采用局部应力—应变方法建立起与模具应力紧密相关的疲劳寿命估算模型并计算了模具的疲劳寿命。模具FEM分析与寿命估算模型的建立,使模具疲劳寿命估算有理论可依,估算结果可以定性的判断模具设计的优劣,为模具开发和企业生产提供参考依据。
【关键词】：螺旋锥齿轮 辗环 缺陷 能耗 模具寿命
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U466;TG61
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究背景和意义10-11
• 1.2 齿轮毛坯塑性成形技术及研究现状11-14
• 1.2.1 齿轮无齿形毛坯塑性成形技术及研究现状11-12
• 1.2.2 齿轮有齿形毛坯塑性成形技术及研究现状12-14
• 1.3 辗环技术及其在从动螺旋锥齿轮加工方面的研究现状14-17
• 1.3.1 辗环技术14-16
• 1.3.2 辗环技术在从动螺旋锥齿轮加工方面的研究现状16-17
• 1.4 热锻造模具失效及其研究概况17-18
• 1.4.1 热锻造模具失效形式17
• 1.4.2 热锻造模具失效研究概况17-18
• 1.5 课题来源18
• 1.6 研究内容18-20
• 第二章 动螺旋锥齿轮毛坯制造全过程仿真及预制件/模具的精确设计20-35
• 2.1 引言20
• 2.2 从动螺旋锥齿轮的材料和最初棒料尺寸的确定20-22
• 2.2.1 从动螺旋锥齿轮的材料20-21
• 2.2.2 最初棒料尺寸的确定21-22
• 2.3 从动螺旋锥齿轮无齿形毛坯环件制坯过程仿真22-27
• 2.3.1 镦粗过程22-23
• 2.3.2 预冲孔过程23-25
• 2.3.3 冲孔过程25-26
• 2.3.4 整形过程26-27
• 2.3.5 环件制坯过程流线分析27
• 2.4 环件轧制过程27-32
• 2.4.1 辗环设备28-29
• 2.4.2 辗扩比29
• 2.4.3 环件轧制参数29
• 2.4.4 环件轧制过程有限元仿真29-32
• 2.5 终锻过程32-34
• 2.5.1 热模锻压力机的选择32-33
• 2.5.2 从动螺旋锥齿轮毛坯终锻件上下模具的设计33
• 2.5.3 终锻过程有限元仿真33-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第三章 低辗环过程能耗的有限元模拟35-46
• 3.1 引言35
• 3.2 Deform-3D辗环模块35-36
• 3.3 各模拟研究的尺寸定义36-37
• 3.4 工作条件的选择和工具的运动规律的定义37-40
• 3.5 预型体初始高度对环件的影响40-45
• 3.5.1 预型体高度对环件质量的影响40-41
• 3.5.2 预型体高度对载荷和能耗的影响41-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第四章 动螺旋锥齿轮毛坯热锻模具磨损分析46-56
• 4.1 引言46
• 4.2 磨损模型及Deform-3D二次开发46-48
• 4.2.1 修正Archard磨损模型46-47
• 4.2.2 Deform-3D的二次开发47-48
• 4.3 闭式热模锻模具磨损的分析48-53
• 4.3.1 模具磨损和成形载荷试验方案的确定48
• 4.3.2 模具磨损和成形载荷试验数据记录结果48-49
• 4.3.3 模具磨损和成形载荷试验数据分析49-53
• 4.4 容差值对上、下模具载荷的影响53-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第五章 动螺旋锥齿轮毛坯锻模热疲劳分析56-72
• 5.1 引言56
• 5.2 模具最大等效应力和温度场56-61
• 5.2.1 模具最大等效应力分析56-58
• 5.2.2 上、下模具温度分析58-61
• 5.3 模腔几何形状参数对模具应力场和温度场的影响61-65
• 5.3.1 模具内腔圆角大小对模具应力场和温度场的影响61-63
• 5.3.2 预留连皮厚度对模具的影响63-65
• 5.4 成形工艺参数对模具的影响65-68
• 5.4.1 试验因素水平表66
• 5.4.2 试验结果及分析66-67
• 5.4.3 成形参数对模具最大等效应力的影响67-68
• 5.4.4 成形参数对模具温度的影响68
• 5.5 热疲劳寿命分析68-71
• 5.6 本章小结71-72
• 第六章 结和展望72-74
• 6.1 总结72
• 6.2 展望72-74
• 参考文献74-77
• 致谢77-78
• 攻读学位期间的研究成果78-79

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本文编号：373042