渐开线齿轮展成轧制过程模拟及实验研究

发布时间：2017-08-25 00:20

  本文关键词：渐开线齿轮展成轧制过程模拟及实验研究

  更多相关文章： 渐开线齿轮 轧制成形 有限元模拟 材料流动 微观组织演变

【摘要】：齿轮展成轧制成形作为齿轮体积成型的一种,其成型件具有较好的齿廓精度和轮齿强度,材料利用率也大大提高。然而,由于齿轮轧制对轧轮设计水平和轧制设备运动精度要求较高,在国内的齿轮加工行业应用尚不广泛。齿轮展成轧制缺乏大量的模拟和实践,特别是在齿轮轧制实际加工实验、成型件的微观组织变化方面缺乏深入探讨,这进一步限制了齿轮展成轧制加工方法的推广。为解决上述问题,本文主要进行了如下几个方面的研究:(1)结合渐开线齿轮齿廓特点,讨论渐开线齿轮展成轧制中坯料、轧轮设计中的保证正确分度的条件。以齿轮啮合原理为基础,从轧制中轧轮和坯料的相对运动情况的角度对轧制完成后的轮齿形状进行预测;(2)利用Deform软件对齿轮的径向、轴向轧制加工方法进行模拟,研究不同加工方式之间轮齿应力应变分布、轧制力的差异。通过轧制过程中的流线网格变化模拟对材料的具体流动方式进行直观地研究和探讨。对模拟轧制成形的齿廓同理论计算所推得的齿廓变形进行对比,印证理论计算的可靠性。通过对轧制缺陷的模拟,研究各类常见缺陷的形成机理,并提出初步的解决方案。(3)通过搭建的齿轮轧制实验平台进行轧制件的实际加工,研究成型件的形状和微观组织的变化情况。通过观察成型件不同位置的微观组织形貌,结合有限元分析结果,研究成型件的性能特点。(4)对比分析不同温度下轧制方法的各自优缺点,以常用的齿轮钢20Cr MnTi为例,结合热模拟压缩实验结果,研究温度变化对于齿轮轧制方法参数和成型件微观组织的影响。通过有限元热力耦合分析得到成形的温度场分布情况,以材料的在热加工过程中的软化理论和晶粒细化理论为基础,从材料的角度预测经过不同温度加工后成型件的性能差异。通过本文的研究,将对渐开线齿轮的展成轧制方法进行比较全面的探索,对轧制过程中的材料流动和成型件的微观组织演变进行详细的分析,对齿轮展成轧制加工的进一步研究提供了有力的支撑。
【关键词】：渐开线齿轮 轧制成形 有限元模拟 材料流动 微观组织演变
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG61;TG335
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 齿轮加工方法概述9-10
• 1.1.1 齿轮轮齿的传统切削加工方法9-10
• 1.1.2 齿轮轮齿的少无屑加工方法10
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势10-13
• 1.2.1 齿轮塑性成形方法研究现状10-11
• 1.2.2 数值模拟技术的应用现状11-12
• 1.2.3 齿轮成形件微观组织研究现状12-13
• 1.3 课题学术意义和实用价值13
• 1.4 本课题主要研究内容13-15
• 2 齿轮展成轧制基本原理15-25
• 2.1 齿轮展成轧制概述15-16
• 2.2 坯料与轧轮间的正确分齿条件16-18
• 2.3 轧轮与坯料的相对运动对材料流动的影响18-23
• 2.3.1 轧轮与坯料轮齿成形阶段相对运动分析18-21
• 2.3.2 基于相对运动关系的材料流动行为分析21-23
• 2.4 本章小结23-25
• 3 齿轮展成轧制成型的数值模拟方法25-35
• 3.1 齿轮轧制数值模拟理论基础25-28
• 3.1.1 非线性有限元模拟的理论基础25-27
• 3.1.2 Deform有限单元分析软件简介27-28
• 3.2 目标齿轮参数和坯料尺寸的计算28-31
• 3.3 齿轮轧制有限元分析方法31-34
• 3.3.1 齿轮径向轧制的有限元分析方法31-33
• 3.3.2 齿轮轴向轧制的有限元分析方法33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 4 齿轮轧制加工的数值模拟结果分析35-59
• 4.1 齿轮径向轧制模拟结果分析35-43
• 4.1.1 齿轮展成轧制过程的阶段划分35-36
• 4.1.2 齿轮径向轧制不同阶段的应力应变分布36-39
• 4.1.3 齿轮径向轧制中轧制力变化情况39-40
• 4.1.4 齿轮径向轧制中流线变化情况40-43
• 4.2 齿轮轴向轧制模拟情况分析43-50
• 4.2.1 齿轮轴向轧制的阶段划分43-45
• 4.2.2 齿轮轴向轧制不同阶段的应力应变分布45-46
• 4.2.3 齿轮轴向轧制中轧制力变化分析46-47
• 4.2.4 沿直径方向的流线变化情况47-50
• 4.3 齿轮反向旋转轧制对于齿廓形状的影响50-51
• 4.4 斜齿齿轮轧制模拟情况分析51-54
• 4.5 齿轮轧制常见成型缺陷模拟54-57
• 4.6 本章小结57-59
• 5 齿轮展成轧制成型件的实验研究59-67
• 5.1 齿轮轧制实验设备及成型件外观59-61
• 5.2 成型件微观组织检验步骤及分析结果61-65
• 5.2.1 金相检验技术简介62
• 5.2.2 金相制样流程及腐蚀剂的选择62-63
• 5.2.3 齿轮径向轧制金相实验及结果分析63-65
• 5.3 微观组织变化与轮齿强化的关系65-66
• 5.4 本章小结66-67
• 6 齿轮中温展成轧制成形过程分析67-77
• 6.1 齿轮温轧、热轧成形方法特点67-68
• 6.2 材料加工性能随温度的变化对齿轮轧制加工的影响68-71
• 6.2.1 20CrMnTi的热压缩曲线68-70
• 6.2.2 热成型下微观组织变化对轧制成型件影响70-71
• 6.3 轧制过程中的有限元热力耦合分析71-76
• 6.3.1 轧制过程中的温度场分布情况71-75
• 6.3.2 温度变化对轧制力的影响75-76
• 6.4 本章小结76-77
• 7 总结与展望77-81
• 7.1 总结77-78
• 7.2 展望78-81
• 致谢81-83
• 参考文献83-87
• 附录87
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文87
• B. 作者在攻读硕士学位期间参与的项目87

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本文编号：733970