直齿轮滚轧成形工艺设计及数值模拟

发布时间：2017-09-17 07:10

  本文关键词：直齿轮滚轧成形工艺设计及数值模拟

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【摘要】：滚轧成形工艺是一种将金属锻造成形与轧制成形相结合的少无切削加工工艺。和传统的插齿、滚齿等切削加工方法相比,该成形工艺具有材料利用率高、加工进程短、生产效率高、齿面强度高、耐磨性好、原材料消耗少、成形件内部组织连续性好、综合力学性能高等优点；和齿轮镦挤锻造成形工艺相比,具有变形力大幅降低、齿腹轮廓易于保证、齿轮角隅填充能力较强、不存在出模困难问题且模具寿命高等优势。因此齿轮滚轧成形工艺具有较好的应用前景,有望成为齿轮大批量生产的一种工艺手段。 本文根据齿轮滚轧成形工艺中滚压轮与坯料之间的范成运动关系和金属塑性成形基础理论知识,分析给出了适于滚轧成形的齿轮的齿数和模数以及滚压轮齿数、外径、齿高、齿根圆直径的确定原则和计算方法及滚压轮齿顶修缘方案,确定了齿轮滚轧成形坯料初始直径的计算方法,提出了齿轮滚轧成形工序方案并给出滚压轮公转与自转速度的合理范围。 根据齿轮滚轧成形滚压轮与坯料之间的相对运动关系及其连续局部回转成形特点,建立了半环形坯料内环固定对称约束、滚压轮自转并绕坯料中心公转的齿轮滚轧成形数值模拟模型,采用DEFORM软件对本文提出的齿轮滚轧各工序的成形过程进行了数值模拟,分析给出了滚压轮齿数、滚压轮每转进给量、滚压轮线速度、滚压轮与坯料间的摩擦系数等工艺参数对滚齿成形形状、齿形成形体积、突耳体积、应力应变分布及滚轧力与力矩的影响规律,确定了合理的工艺参数范围。 为提高齿轮滚轧成形质量,抑制滚轧过程中齿形突耳缺陷,提出了滚压轮齿形修缘和坯料预成形方案,采用较为合理的工艺参数,对2种控制突耳缺陷工艺措施下的滚轧成形过程进行了模拟分析,通过滚轧齿形形貌、齿形体积及突耳体积的对比,表明坯料预成形设计对抑制突耳缺陷、提高齿形成形质量具有明显的效果。
【关键词】：齿轮滚轧成形 工艺设计 数值模拟 突耳
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG306;TH132.41
【目录】：

• 目录4-7
• CONTENTS7-10
• 摘要10-11
• ABSTRACT11-13
• 第1章 绪论13-22
• 1.1 齿轮锻造技术概述13-14
• 1.2 齿轮滚轧成形工艺14-20
• 1.2.1 齿轮滚轧成形工艺方法15-16
• 1.2.2 齿轮滚轧成形技术研究现状16-18
• 1.2.3 齿轮滚轧成形质量问题及解决措施18-19
• 1.2.4 滚轧成形技术的发展趋势19-20
• 1.3 课题的提出20-22
• 1.3.1 问题提出20
• 1.3.2 研究内容20-21
• 1.3.3 研究方法与技术路线21-22
• 第2章 齿轮滚轧成形工艺设计22-32
• 2.1 目标齿轮的选择22-24
• 2.1.1 目标齿轮的齿数22-23
• 2.1.2 目标齿轮的模数23
• 2.1.3 目标齿轮的材料23-24
• 2.2 滚压轮的设计24-26
• 2.2.1 滚压轮齿数的确定24
• 2.2.2 滚压轮外径的确定24-25
• 2.2.3 滚压轮全齿高及齿根圆的确定25
• 2.2.4 滚压轮齿形修正25-26
• 2.3 初始坯料直径的确定26-27
• 2.3.1 等体积法(即等面积法)确定坯料直径26-27
• 2.3.2. 分度圆法确定坯料初始直径27
• 2.3.3 根据经验公式确定坯料初始直径27
• 2.4 工序的确定27-29
• 2.4.1 初始定值进给滚轧27-28
• 2.4.2 连续进给滚轧28-29
• 2.4.3 先利用给定值进给分齿,再连续进给29
• 2.5 滚压轮自转公转速度的确定29-30
• 2.6 小结30-32
• 第3章 滚轧工艺参数对圆柱直齿轮滚轧成形的影响32-74
• 3.1 圆柱直齿轮滚轧成形数值模拟建模及模拟条件32-35
• 3.1.1 模拟模型建立32-33
• 3.1.2 模拟参数设置33-35
• 3.2 圆柱直齿轮滚轧成形过程模拟分析35-42
• 3.2.1 给定初始值进给阶段35-36
• 3.2.2 旋转分齿阶段36-38
• 3.2.3 连续进给阶段38-42
• 3.3 滚压轮齿数对成形的影响42-56
• 3.3.1 对分齿均匀性的影响43-45
• 3.3.2 对成形齿高的影响45-47
• 3.3.3 对突耳成形的影响47-48
• 3.3.4 对载荷的影响48-53
• 3.3.5 对应力应变的影响53-56
• 3.4 滚压轮每转进给量对成形的影响56-64
• 3.4.1 对坯料成形形貌的影响58-59
• 3.4.2 对齿形成形体积的影响59-60
• 3.4.3 对突耳成形的影响60-61
• 3.4.4 对坯料应力应变的影响61-64
• 3.5 滚压轮转速对滚齿成形的影响64-68
• 3.5.1 对坯料成形形貌的影响64-65
• 3.5.2 对齿形成形体积的影响65
• 3.5.3 对突耳成形的影响65-66
• 3.5.4 对坯料应力应变影响66-68
• 3.6 滚压轮与坯料摩擦系数对成形的影响68-72
• 3.6.1 对坯料成形形貌的影响68-69
• 3.6.2 对齿形成形体积的影响69-70
• 3.6.3 对突耳成形的影响70-72
• 3.7 小结72-74
• 第4章 改善齿轮滚轧成形质量的措施研究74-87
• 4.1 滚压轮齿顶修缘直径对成形质量的影响74-79
• 4.1.1 不同滚压轮齿顶修缘模拟参数74-75
• 4.1.2 不同滚压轮齿顶修缘量对坯料成形形貌的影响75
• 4.1.3 不同滚压轮齿顶修缘量对齿形成形体积的影响75-76
• 4.1.4 不同滚压轮齿顶修缘量对坯料应力应变的影响76-79
• 4.2 预成形对成形质量的影响79-85
• 4.2.1 预成形形状设计79-80
• 4.2.2 不同预成形方案坯料的成形形貌80-82
• 4.2.3 不同预成形方案对成形体积的影响82-83
• 4.2.4 不同预成形方案坯料的应力应变83-85
• 4.3 小结85-87
• 第5章 结论与展望87-89
• 5.1 结论87-88
• 5.2 展望88-89
• 参考文献89-92
• 致谢92-93
• 学位论文评阅及答辩情况表93

【参考文献】

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