直齿圆柱齿轮温塑性精成形

发布时间：2017-09-19 23:17

  本文关键词：直齿圆柱齿轮温塑性精成形

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【摘要】：齿轮是实际生产应用当中不可或缺的动力传递零件，其应用面广、范围大，是各类机械设备必备的零部件。随着近年来汽车、船舶、高铁以及风电等行业的飞速发展，对齿轮的性能提出了更高的要求，传统的切削加工工艺已无法满足实际应用的需求。齿轮精密塑性成形工艺与传统成形工艺不同，，因其高效低耗、成形工件机械性能好等优点逐渐受到人们的关注，对其研究也取得了很大的进展。直齿圆柱齿轮作为齿轮中一个非常重要的门类，其精密塑性成形技术也得到了快速的发展。 直齿圆柱齿轮几何形状复杂，在精密塑性成形过程中，往往存在着诸多缺陷，如成形载荷过大、模具寿命低、角隅充填不满以及齿根微裂纹等，对于较大模数的直齿圆柱齿轮而言，其状况更甚。本文以模数Z=4的圆柱直齿轮为研究对象，以镦压挤胀复合成形工艺为基础，提出了直齿圆柱齿轮的两步式镦压挤胀复合成形工艺。镦压挤胀复合成形工艺是结合了镦挤成形与胀挤成形而成的一种新型工艺，它能有效降低直齿圆柱齿轮成形过程中的成形载荷，并能改善角隅部位的充填性以及齿轮齿根处受力状态，减少微裂纹的产生。本文所提出的两步式镦压挤胀复合成形工艺分两个阶段：第一阶段是利用镦压挤胀复合成形工艺将坯料预锻成形为长齿形齿坯，第二阶段是利用镦压挤胀复合成形工艺将长齿形齿坯终锻成形为标准直齿圆柱齿轮。 本文运用DEFORM-3D软件分别模拟了镦挤成形、镦压挤胀复合成形以及两步式镦压挤胀复合成形工艺的成形过程，结果表明：在直齿圆柱齿轮的温镦挤成形过程中，齿形的角隅部位充填困难，成形载荷大及成形终了阶段载荷陡升现象明显；镦压挤胀成形工艺能有效改善齿轮齿形部位的充填性，与镦挤成形相比，有效降低了成形载荷，消除了载荷陡增现象，并且在成形终了阶段由于挤胀力的作用，使得齿轮齿根处的应力状态得到明显的改善；而直齿圆柱齿轮的两步式镦压挤胀复合成形工艺继承了镦压挤胀成形工艺的优点，能够有效降低成形载荷，改善充填性，并在镦压挤胀复合成形的基础上，进一步改善齿轮齿根部位的受力状态，提高其机械性能。文章还着重对两步式镦压挤胀复合成形工艺成形过程中的相对镦压量与温度参数对于齿轮成形的影响作出了分析：在预锻成形阶段，随着相对镦压量的增大，齿轮的整体等效应力值先增大后减小；而在终锻成形阶段，随着相对镦压量的增大，变形体整体等效应力分布先增大后减小，然后增大；无论是在预锻还是终锻成形阶段，相对镦压量的大小对于成形载荷的影响很小；温度对成形载荷具有一定的影响，即坯料初始温度越大，成形载荷越小。
【关键词】：直齿圆柱齿轮 温塑性 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】：2015
【分类号】：TG61
【目录】：

• 摘要4-6
• abstract6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 引言11-12
• 1.2 温塑性精密成形技术的发展现状12-15
• 1.3 齿轮精锻技术的发展现状15-19
• 1.3.1 热精锻15-16
• 1.3.2 冷精锻16-17
• 1.3.3 温精锻17-19
• 1.3.4 复合成形工艺19
• 1.4 金属体积成形数值模拟技术的发展现状19-21
• 1.5 本文的研究意义和主要研究内容21-22
• 1.5.1 研究意义21
• 1.5.2 主要研究内容21-22
• 1.6 本章小结22-23
• 第2章 直齿圆柱齿轮精密塑性成形工艺23-43
• 2.1 引言23
• 2.2 直齿圆柱齿轮精密塑性成形工艺及原理23-33
• 2.2.1 镦挤23-25
• 2.2.2 分流法25-26
• 2.2.3 浮动凹模法26-28
• 2.2.4 正向温挤压法28-29
• 2.2.5 双向挤镦法29-30
• 2.2.6 复合成形工艺30-33
• 2.3 直齿圆柱齿轮温塑性精成形工艺方案及设备33-41
• 2.3.1 镦压挤胀复合成形工艺34-35
• 2.3.2 直齿圆柱齿轮两步式镦压挤胀复合成形工艺35-37
• 2.3.3 成形工艺设备简介37-41
• 2.4 本章小结41-43
• 第3章 有限元数值模拟基本理论43-53
• 3.1 刚粘塑性有限元的基本理论43-46
• 3.1.1 刚粘塑性材料基本假设43-45
• 3.1.2 刚粘塑性材料变分原理45
• 3.1.3 刚粘塑性有限元求解过程45-46
• 3.2 塑性变形过程中的温度场问题46-47
• 3.3 数值模拟软件 DEFORM47-48
• 3.4 温塑性精成形工艺模拟前处理问题48-51
• 3.5 本章小结51-53
• 第4章 直齿圆柱齿轮温塑性成形数值模拟分析53-81
• 4.1 镦挤成形工艺数值模拟分析53-58
• 4.1.1 速度场分析53-54
• 4.1.2 应变分析54-55
• 4.1.3 应力分析55-56
• 4.1.4 温度场分析56-57
• 4.1.5 成形载荷分析57-58
• 4.2 镦压挤胀复合成形工艺数值分析58-63
• 4.2.1 速度场分析58-59
• 4.2.2 应变分析59-60
• 4.2.3 应力分布60-61
• 4.2.4 温度场分析61-62
• 4.2.5 镦压挤胀复合成形工艺成形载荷分析62-63
• 4.3 两步式镦压挤胀复合成形工艺数值分析63-77
• 4.3.1 速度场分析64-65
• 4.3.2 应变分析65-67
• 4.3.3 应力分析67-69
• 4.3.4 温度场分析69-70
• 4.3.5 成形载荷分析70-71
• 4.3.6 工艺参数对成形的影响研究71-77
• 4.4 齿根部位应力状态对比分析77-78
• 4.5 本章小结78-81
• 第5章 结论81-83
• 5.1 主要结论81-82
• 5.2 展望82-83
• 参考文献83-89
• 致谢89

【参考文献】

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本文编号：884500