直齿圆柱齿轮挤压成形工艺分析及优化

发布时间：2017-09-16 10:33

  本文关键词：直齿圆柱齿轮挤压成形工艺分析及优化

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【摘要】：齿轮在机械领域应用极其广泛,其主要作用是传递动力,改变运动的速度和方向,具有功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、安全可靠等优点。采用冷挤压技术制造的齿轮,不仅具有生产效率高、材料利用率高、后续加工工序少等特点,而且能够形成沿齿形均匀分布的金属纤维组织,微观缺陷少,从而显著提高齿轮的力学性能。但是由于直齿圆柱齿轮冷挤压成形技术的难度较大,特别是齿形充填困难、模具磨损严重、生产效率低等问题,使得直齿圆柱齿轮冷挤压技术还未在实际生产中得到一定程度的应用。 本文借助正交试验设计,以成形后齿轮总长度、上端面缩孔深度、下端面塌角长度、有效齿轮长度、成形载荷峰值等作为衡量直齿圆柱齿轮正挤压成形效果的指标,采用有限元分析方法获得了凹模入模角、凹模工作带长度、毛坯直径系数、摩擦系数、挤压速度等因素对直齿圆柱齿轮冷挤压成形工艺的影响规律。正交试验结果表明：凹模入模角和毛坯直径系数对直齿圆柱齿轮正挤压成形质量影响最大,摩擦系数次之,而工作带长度和挤压速度对成形结果几乎没有影响。减小入模角,可以有效减小上端面缩孔深度、下端面塌角长度、成形载荷峰值,从而增大有效齿轮长度；毛坯直径系数和摩擦系数对成形质量中各指标的影响情况不尽一致。 为了改善直齿圆柱齿轮正挤压出现的上端面缩孔现象,本文在正交试验的基础上,提出了三种坯料预成形设计方案和凸模下端面形状优化设计方案。数值分析结果表明坯料预成形设计难以改变直齿轮成形后的上端面缩孔现象,而改进的凸模下端面形状设计能够有效改善正挤压出现的上端面缩孔现象,从而使直齿圆柱齿轮的成形效果和原材料利用率显著提高。在凸模下端面形状的优化设计参数中,凹形深度对直齿轮成形后的效果具有重要影响,当凹形深度h=5mm时,能够获得最小的上端面缩孔深度；凹形径向尺寸对直齿轮成形后的影响效果较大,当凹形径向尺寸为齿根圆直径时,能够获得最小的上端面缩孔深度；圆角半径对直齿轮成形后的影响最小,当圆角半径r=2mm时,能够获得最小的上端面缩孔深度。 本文通过对正挤压成形后的模具进行弹性变形分析和对齿轮件进行弹性回复分析,建立了一种直齿圆柱齿轮挤压成形模具型腔精确设计方法。采用有限元分析方法获得了直齿轮冷挤压成形后模具的弹性变形量和齿轮件的弹性回复量,从而根据模具型腔的尺寸补偿理论得到模具型腔的尺寸补偿量,实现模具型腔尺寸的精确设计。
【关键词】：直齿圆柱齿轮 冷挤压 预成形 模具型腔精确设计
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG376;TH132.41
【目录】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 第1章 绪论14-22
• 1.1 引言14
• 1.2 直齿圆柱齿轮精密锻造技术现状14-18
• 1.2.1 分流工艺15-16
• 1.2.2 浮动凹模工艺16-17
• 1.2.3 流线型凹模型腔17-18
• 1.2.4 其他工艺18
• 1.3 冷挤压成形技术及其在直齿圆柱齿轮精锻成形中的应用18-20
• 1.3.1 冷挤压的分类19
• 1.3.2 冷挤压技术在直齿圆柱齿轮成形上的应用19-20
• 1.3.3 冷挤压技术成形直齿圆柱齿轮存在的问题20
• 1.4 本课题的意义及研究内容20-22
• 第2章 直齿圆柱齿轮冷挤压工艺及模具结构22-28
• 2.1 直齿圆柱齿轮冷挤压工艺22-25
• 2.1.1 直齿圆柱齿轮冷挤压工艺22
• 2.1.2 正挤压工艺22-23
• 2.1.3 正挤压工艺参数的确定23-25
• 2.2 研究模型的确定及三维建模25-27
• 2.2.1 齿轮的基本尺寸25-26
• 2.2.2 模具结构26-27
• 2.3 小结27-28
• 第3章 直齿圆柱齿轮正挤压成形数值模拟及分析28-54
• 3.1 模拟方案28
• 3.2 模拟参数设置28-29
• 3.3 有效齿轮长度29-30
• 3.4 模拟结果分析30-37
• 3.4.1 金属的流动性分析31-32
• 3.4.2 速度场分析32-34
• 3.4.3 成形载荷—行程曲线34
• 3.4.4 应力场分布34-36
• 3.4.5 应变场分布36-37
• 3.5 模拟结果总结37-38
• 3.6 正交试验结果对比分析38-51
• 3.6.1 正交试验模拟结果分析38-44
• 3.6.2 正交试验模拟结果的交互作用分析44-47
• 3.6.3 正交试验模拟结果的方差分析47-50
• 3.6.4 各个变量对目标函数的影响主次顺序50-51
• 3.7 优化工艺参数组合及其模拟验证51-52
• 3.8 小结52-54
• 第4章 改善直齿轮冷挤压成形质量的措施研究54-66
• 4.1 改善前的圆柱直齿轮成形结果54-55
• 4.2 毛坯预成形形状设计及其对直齿轮成形的影响55-57
• 4.2.1 毛坯的预成形形状及尺寸56
• 4.2.2 毛坯预成形对直齿轮成形的影响56-57
• 4.3 凸模端面形状对直齿轮成形的影响57-63
• 4.3.1 凹形深度对直齿轮挤压成形件上端面形貌的影响57-59
• 4.3.2 圆角半径对直齿轮成形的影响59-61
• 4.3.3 凹形径向尺寸对直齿轮成形的影响61-63
• 4.3.4 各因素对成形质量影响的对比63
• 4.4 小结63-66
• 第5章 直齿圆柱齿轮挤压成形模具型腔的精确设计66-78
• 5.1 模具尺寸补偿原理66-67
• 5.2 模具的弹性变形规律分析67-72
• 5.2.1 模拟方案67-68
• 5.2.2 弹性变形分析68-72
• 5.3 齿轮件的弹性回复规律分析72-75
• 5.3.1 模拟方案72
• 5.3.2 弹性回复分析72-75
• 5.4 模具型腔修正75-76
• 5.5 小结76-78
• 第6章 结论与展望78-80
• 6.1 结论78-79
• 6.2 展望79-80
• 参考文献80-86
• 致谢86-87
• 学位论文评阅及答辩情况表87

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本文编号：862521