小模数直齿圆柱齿轮镦压挤胀复合冷精锻成形研究

发布时间：2017-10-09 02:06

  本文关键词：小模数直齿圆柱齿轮镦压挤胀复合冷精锻成形研究

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【摘要】：齿轮是机械行业不可缺少的零件。随着科学技术的发展,制造业对齿轮的需求越来越大,对齿轮的精度要求也越来越高。因此,新的形势下,需要更优的齿轮生产工艺。分流减压和浮动凹模两大基本理论已经被越来越多的人认可,而且无论是在模拟、试验还是实际应用中都得到了进一步的发展。目前,齿轮的精锻技术由于成形性能好、能耗低、生产效率高等优点,成为齿轮研究的热点。小模数直齿圆柱齿轮的冷精锻技术也得到了快速的发展。直齿圆柱齿轮的成形工艺,主要有分流法、闭式模锻法、浮动凹模法以及基于单一成形工艺的复合成形工艺,虽然小模数直齿圆柱齿轮的成形工艺多种多样,但是很多工艺依旧存在着成形载荷大、齿形填充不满等齿轮成形研究中的难题。本文以模数为1,齿数为20的标准小模数齿轮作为研究对象,采用镦压挤胀复合成形工艺成形,在齿厚方向上一次成形多个齿轮,通过DEFORM-3D软件分析其可行性和优越性。本文运用DEFORM-3D模拟软件分别对不同齿厚的小模数直齿圆柱齿轮进行了模拟分析。在传统镦压工艺中,镦压载荷较大。在成形终了阶段,载荷陡增,齿形下角隅处的成形不完整。在镦压挤胀复合成形工艺下,随着齿厚的增加,载荷有小幅度的增加。单个齿厚齿轮的载荷为3.93T,比镦压工艺下降30%,并且没有载荷的陡增情况。由于挤胀力的作用,成形填充较为完整,齿形表面较为光滑。通过增加齿厚发现,成形齿厚为48mm的齿轮载荷增加不大,成形的齿形完整,又很好的提高了生产效率。挤压挤胀复合成形工艺很好的解决了镦压过程中的齿形成形不足和产生毛刺的缺陷。本文还对挤压量、挤压速度、摩擦系数等因素对载荷的影响进行了模拟分析。发现挤压量对成形载荷的影响不大。成形载荷随挤胀速度的增加而增加,但是增加幅度不大。摩擦系数减小能有效降低载荷,摩擦系数选择0.10时,较为合适。同时,也对模具的磨损进行了研究。在镦压挤胀复合成形工艺下成形齿厚为48mm的齿轮过程中,凹模与镦压凸模的磨损小,仅为镦压工艺下凹模磨损的40%。挤胀凸模的磨损深度略大,但是由于挤胀凸模结构简单,容易更换,并且挤胀凸模对齿形成形的影响较小。针对模具磨损问题,设计了带有一定弧度的凸冲头的挤胀凸模,有效的减小了模具的磨损。不同齿厚的齿轮在镦压挤胀复合成形工艺中凹模磨损对比发现,齿厚越大,生产单个齿轮所产生的磨损深度越小。总之,镦压挤胀复合成形工艺下在齿厚方向上一次成形多个齿轮,有利的提高了模具的使用寿命,降低了生产成本。
【关键词】：直齿轮 小模数 冷锻工艺 镦压挤胀 数值模拟
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG61;TG316
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第1章 绪论13-25
• 1.1 引言13-14
• 1.2 小模数齿轮的应用14-16
• 1.2.1 小模数齿轮的常用材料14-15
• 1.2.2 小模数齿轮的技术要求15-16
• 1.3 齿轮精锻的发展现状16-22
• 1.3.1 冷精锻发展现状16-20
• 1.3.2 温精锻的发展现状20-21
• 1.3.3 热精锻的发展现状21-22
• 1.4 金属体积成形数值模拟技术的发展22
• 1.5 本文研究意义和研究方法22-24
• 1.5.1 研究意义22-23
• 1.5.2 本文主要研究方法23
• 1.5.3 本文主要研究目标23-24
• 1.6 本章小结24-25
• 第2章 冷锻工艺25-37
• 2.1 单一冷锻工艺25-28
• 2.1.1 分流锻造25-26
• 2.1.2 闭塞锻造26
• 2.1.3 浮动凹模法26-27
• 2.1.4 径向导流成形27-28
• 2.2 复合成形工艺28-30
• 2.2.1 轴分流和浮动凹模耦合成形工艺28-29
• 2.2.2 直齿轮刚性平移两步成形工艺29-30
• 2.2.3 预锻分流区-分流终锻成形工艺30
• 2.3 直齿圆柱齿轮镦压挤胀复合成形工艺30-32
• 2.4 齿轮成形设备32-35
• 2.5 本章小结35-37
• 第3章 数值模拟有限元的基本理论37-43
• 3.1 刚/粘塑性有限元法的基本理论37-38
• 3.1.1 刚/粘塑性材料的基本假设37
• 3.1.2 塑性力学基本方程及边界条件37-38
• 3.2 刚塑性有限元法马尔科夫变分原理38-39
• 3.3 有限元的求解方法39-40
• 3.4 有限元求解列式40-42
• 3.4.1 单元应变速率矩阵40-41
• 3.4.2 体积应变速率矩阵41
• 3.4.3 等效应变速率矩阵41
• 3.4.4 单元刚度矩阵41-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 小模数直齿圆柱齿轮冷精锻成形分析43-75
• 4.1 小模数直齿圆柱齿轮的建模43-48
• 4.1.1 齿轮参数43-44
• 4.1.2 DEFORM-3D软件44-45
• 4.1.3 有限元模型的建立45-48
• 4.2 传统镦压工艺成形分析48-55
• 4.2.1 载荷分析48-49
• 4.2.2 速度场分析49-51
• 4.2.3 应力分析51-53
• 4.2.4 应变分析53-55
• 4.3 镦压挤胀成形工艺成形分析55-66
• 4.3.1 镦压挤胀成形工艺的载荷分析55-57
• 4.3.2 速度场分析57-60
• 4.3.3 应力分析60-62
• 4.3.4 应变分析62-66
• 4.4 镦压挤胀工艺参数对成形载荷的影响66-68
• 4.4.1 挤胀速度对载荷的影响66
• 4.4.2 挤压量对载荷的影响66-67
• 4.4.3 摩擦系数对载荷的影响67-68
• 4.5 模具磨损分析68-72
• 4.5.1 凹模模具磨损深度分析68-70
• 4.5.2 镦压凸模磨损深度分析70-71
• 4.5.3 挤胀凸模的磨损分析71-72
• 4.6 挤胀凸模冲头改进的模拟分析72-74
• 4.6.1 挤胀凸模的磨损72-73
• 4.6.2 冲头的改进对金属坯料的载荷的影响73-74
• 4.7 小结74-75
• 第5章 总结和展望75-79
• 5.1 主要结论75-76
• 5.2 研究展望76-79
• 参考文献79-87
• 致谢87

【参考文献】

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本文编号：997530