正齿轮扩腔凹模一步精密成形工艺初步研究

发布时间：2017-09-13 12:22

  本文关键词：正齿轮扩腔凹模一步精密成形工艺初步研究

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【摘要】：按成形步骤数差别,将现有正齿轮成形工艺归纳为一步法、两步法和多步法。为克服现有正齿轮精密成形工艺存在的轮齿角隅欠饱满、成形力大、模具结构复杂、对设备动作要求复杂等一系列不足,运用Deform-3D数值模拟和铅材料物理实验相结合的方法,以一种齿数12、模数为4、齿宽为30mm的正齿轮为研究对象,研究开发了一种在凹模下角隅设置扩腔空间,过程包含镦压、顶出两个阶段的一步闭式模锻成形正齿轮新工艺。新工艺的成形原理是,镦压结束时上角隅填充良好,下角隅虽然欠充满,但有合适体积流入扩腔空间;顶出阶段,在扩腔空间倾斜侧壁作用下,下角隅临近区域的凸起体积向下角隅回流,实现下角隅填充。数值模拟材料采用35钢,温度设置为1000℃。先优化扩腔空间形状,然后在合理的扩腔空间形状下对各项参数进行控制变量分析。合理的扩腔空间主要几何参数有扩腔空间斜角α、齿宽方向扩腔范围b和齿高方向扩腔范围h。结果表明,α、b越大,成形力越小,顶出力越大,α取10°~16°和b取10~14mm能取得良好的成形效果;在合理的取值范围内,较小的α值可以允许取较大的b值,反之也成立;h不宜取太大,取h=3mm时,能在保证模具强度的情况下成形出无废料的合格齿轮零件。借助于Deform-3D软件后处理的point tracking和flow net功能,可观察到坯料变形均匀、金属流线与纤维组织保持连续,分布合理,可望使轮齿具有更好的力学性能和抗疲劳性能;与本课题组两步法成形工艺对比,齿轮金属流线没有被切断、纤维组织沿齿轮轮廓分布;物理模拟试验得到合格的铅质件齿轮,与数值模拟结果吻合良好,可以应用于实际生产。研究结果表明,新工艺集成了分流成形、开放成形与推过整形工艺优点,相对传统闭式模锻,新工艺的镦压力降低一半以上;顶出力远小于成形力。新工艺模具结构不太复杂、对设备动作要求简单、不产生废料,适合于成形正齿轮乃至大直径大模数正齿轮。
【关键词】：正齿轮 精密成形 闭式模锻 扩腔凹模 推过成形
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG61
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 绪论9-12
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 研究内容和方法10-12
• 第2章 正齿轮精密成形国内外研究现状12-26
• 2.1 一步法成形12-19
• 2.1.1 闭式模锻12-13
• 2.1.2 浮动凹模成形13-15
• 2.1.3 分流成形15-16
• 2.1.4 双向镦挤16-17
• 2.1.5 挤胀成形17-18
• 2.1.6 挤压成形18
• 2.1.7 连续推挤成形18-19
• 2.2 两步法19-25
• 2.2.1 闭式模锻+分流成形19-22
• 2.2.2 开放成形+推过精整22-23
• 2.2.3 半隆埂预成形+劈挤终成形23-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 正齿轮一步精密成形工艺26-37
• 3.1 闭式模锻成形分析26-27
• 3.1.1 闭式模锻存在的缺陷26-27
• 3.1.2 闭式模锻时金属充满模腔角隙过程分析27
• 3.2 理论分析降低成形力方法27-28
• 3.3 闭式模锻的分流原理28-29
• 3.4 推过精整原理29-30
• 3.5 正齿轮欠充满缺陷的衡量方法30
• 3.6 传统闭式模锻成形正齿轮30-32
• 3.7 采用扩腔空间精密成形正齿轮32-34
• 3.7.1 新工艺的提出背景32-33
• 3.7.2 工艺流程33
• 3.7.3 意义和特点33-34
• 3.8 新成形工艺的确定和几何造型34-36
• 3.8.1 研究对象34-35
• 3.8.2 一步法成形模具35-36
• 3.9 本章小结36-37
• 第4章 新工艺成形过程数值模拟与参数优化设计37-51
• 4.1 凹模扩腔空间形状的确定37-41
• 4.2 基于优化的扩腔空间形状下各参数的优化41-48
• 4.2.1 扩腔空间斜角优化41-44
• 4.2.2 齿宽方向的扩腔范围b优化44-47
• 4.2.3 齿高方向的扩腔范围h优化47-48
• 4.2.4 扩腔后相邻齿廓之间的距离t优化48
• 4.3 各个参数优化结果组合模拟规律分析48-49
• 4.4 探讨摩擦因子对齿高方向的扩腔范围h的影响49-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第5章 新工艺的成形规律分析和扩展探讨51-61
• 5.1 新工艺成形规律分析51-53
• 5.1.1 成形力和应变分析51-53
• 5.2 运用点追踪分析成形过程金属流动情况53-55
• 5.2.1 点追踪的选取与坐标系53-54
• 5.2.2 成形过程中表面质点的迁移情况54-55
• 5.3 采用流动网格分析金属的流动规律55-58
• 5.3.1 surface net分析55-57
• 5.3.2 grid网格分析57-58
• 5.4 上下均采用扩腔空间成形正齿轮58-60
• 5.5 本章小结60-61
• 第6章 正齿轮一步精密成形物理模拟实验61-68
• 6.1 实验准备61-64
• 6.1.1 模具的设计及制造61-63
• 6.1.2 制坯63
• 6.1.3 实验设备63-64
• 6.2 物理实验过程64-66
• 6.3 实验结果分析及调整66-67
• 6.3.1 过程现象分析66-67
• 6.4 本章小结67-68
• 第7章 结论与展望68-70
• 7.1 结论68-69
• 7.2 展望69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-74
• 攻读学位期间的研究成果74

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本文编号：843699