基于数值模拟的多排链轮半精锻成形研究

发布时间：2017-12-02 10:11

本文关键词：基于数值模拟的多排链轮半精锻成形研究

【摘要】：多排链轮与传动链条相配合，用来传递和转移平行轴之间的旋转运动，被广泛应用在机械设备的传动系统中。多排链轮作为一种带齿的异形件，其零件结构比较复杂，工作环境比较恶劣，在实际工作中对其强度和耐磨性有着相对较高的要求。通常情况下，多排链轮是通过铸造、锻造或切削加工的方法进行生产。该方法生产的链轮工件其齿形部位的加工余量大，齿面粗糙度高，生产周期长，并且强度相对较低，耐磨性较差。在实际应用中很容易使链轮传动系统产生振动、滑链、跳链及打转等不利现象，严重影响了链传动系统的正常运转，并降低了机械设备的服役寿命和周期。针对上述问题，本文采用数值模拟和实验验证相结合的方法，以多排链轮(链号06B)为研究对象，结合国标GB/T1243-2006的规定，分析了多排链轮零件的几何造型，齿形特点及结构特征，提出了多排链轮半精密模锻成形新工艺，并在此工艺基础上设计出“两圆弧一直线”的锻件新型齿廓。利用有限元软件Deform-3D V10.2模拟分析了多排链轮半精密模锻成形过程中坯料的变形与充型情况，对链轮锻件的齿形加工余量、坯料形状、连皮位置及凸模芯子直径等关键参量进行了优化，确定了多排链轮半精锻锻件的最佳结构型式。根据有限元模拟的结果设计出了实心坯料和空心坯料的两种锻件图，确定出了模具成形部位零件的最佳结构形式，并分别设计了带缘凸模、预应力式凹模、链轮顶块等关键部件的结构。利用模拟软件中的受力分析模块对凹模模芯和预应力圈结构分别进行了强度的校核，最后给出了多排链轮半精锻成形的浮动模具结构图，并运用该结构形式的模具进行了相关试验。模拟结果还表明：实心坯料和空心坯料在齿腔充满时的最大等效应力分别为133MPa和147MPa，实心坯料在相同条件下的应力集中程度和各处的形变应力比空心坯料小。连皮位置取距离下端面锻件高度的1/3处，凸模芯子直径取26mm时较为合理。凹模模芯沿其轴向和径向分布的最大等效应力分别为1380.46MPa和1226.83MPa；预应力圈沿其轴向和径向分布的最大等效应力分别为808.41MPa和856.73MPa，均明显小于模具材料的屈服极限，双层组合式凹模的强度能够满足多排链轮半精锻工艺的要求。根据实验室现有的设备条件，，用1060铝合金对多排链轮半精锻成形工艺进行试验验证，得到了多排链轮锻件的载荷曲线图、最佳试验温度、成形效果图及外形尺寸。结果表明：利用该模具生产的链轮锻件其齿形填充饱满、齿廓形状规整、残余飞边量少；当坯料在室温条件下成形时，实心坯料和空心坯料在锻造完成时的最大载荷分别为1784.79KN和1468.48KN；当坯料在350℃条件下成形时，试验的最大成形载荷为884.23KN，模拟的最大成形载荷为854.24KN。模拟结果与实验结果基本相吻合，充分证明了多排链轮半精锻成形工艺的可行性和模具设计的合理性。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG316

【参考文献】

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