汽车从动螺旋伞齿轮坯铸辗复合工艺的数值模拟研究

发布时间：2017-10-13 00:38

  本文关键词：汽车从动螺旋伞齿轮坯铸辗复合工艺的数值模拟研究

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【摘要】：随着我国汽车行业的快速发展,汽车主减速器从动螺旋伞齿轮作为零部件中关键的传动件,需求量也与日俱增,同时对品质的要求也逐渐提高。目前从动螺旋伞齿轮坯往往采用热模锻或者摆动辗压进行生产,但是这两种工艺方法对模具寿命要求较高,因此相应的生产成本也提高了,并且它们只适用于生产小型齿轮环坯。本文提出了采用铸辗复合成形工艺生产从动螺旋伞齿轮坯。辗环成形又称旋转精密成形,作为一种局部加载的连续成形过程,显著降低了生产设备的吨位和成本,并且通过多次变形优化环坯的组织与性能,愈合、修复铸造缺陷。通过砂型铸造制坯,有效的避免了传统锻造制坯工艺材料利用率低的缺点,缩短工艺流程,减少了能源消耗与排放。因此从动螺旋伞齿轮坯铸辗复合工艺具有较高的实际应用价值。本课题研究的对象是某型汽车从动螺旋伞齿轮坯。首先根据锻件图反向设计出旋转精密成形工艺方案,并利用DEFORM-3D软件对旋转精密成形过程进行数值模拟分析论证了方案的可行性、优越性和成形过程中变形、传热以及微观组织演变的规律;当铸态从动螺旋伞齿轮坯锥度不同时,齿轮坯与孔型接触方式也不同,因而对旋转精密成形工艺有重要影响。本文对比分析了不同端面锥度对铸态从动螺旋伞齿轮坯在旋转精密成形过程中成形力、应力应变场、金属流动规律、温度场以及微观组织演变的影响,确定了最佳的锥度;根据铸态从动螺旋伞齿轮坯材料、结构特点、生产规模以及成本确定了砂型铸造工艺并设计了侧向切入式浇注方案和中心顶注切入式浇注方案。利用Anycasting软件对两种方案的充型、凝固过程以及铸造缺陷进行有限元模拟分析,确定了最佳的浇注方案;通过模拟分析不同浇注温度和浇注速度情况下铸件的缩松缩孔以及残余空气分布,确定了最佳的浇注温度和浇注速度,优化了工艺参数,获得质量最佳的铸态从动螺旋伞齿轮坯。
【关键词】：从动螺旋伞齿轮坯 铸辗复合工艺 数值模拟 成形规律 工艺优化
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U466
【目录】：

• 摘要4-6
• abstract6-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 引言12-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.2.1 从动螺旋伞齿轮坯成形工艺的发展及研究现状13
• 1.2.2 旋转精密成形工艺的发展及研究现状13-14
• 1.2.3 铸造成形工艺的发展及研究现状14-15
• 1.2.4 铸锻复合成形工艺的发展及研究现状15
• 1.3 课题研究意义和内容15-18
• 1.3.1 课题研究意义15-16
• 1.3.2 研究内容16-18
• 1.4 本章小结18-20
• 第2章 从动螺旋伞齿轮坯旋转精密成形原理20-36
• 2.1 旋转精密成形静力学原理21-24
• 2.1.1 环件咬入孔型过程分析21-22
• 2.1.2 环件辗透过程分析22-24
• 2.2 旋转精密成形工艺参数24-28
• 2.2.1 辗环比24-25
• 2.2.2 辗压辊极限直径25
• 2.2.3 旋转精密成形环坯极限壁厚25
• 2.2.4 成形温度25-26
• 2.2.5 每转进给量26-27
• 2.2.6 驱动辊直线进给速度27-28
• 2.3 旋转精密成形力和力矩28-29
• 2.4 旋转精密成形变形规律29-33
• 2.4.1 旋转精密成形宽展变形29-30
• 2.4.2 复杂截面锻件旋转精密成形30-32
• 2.4.3 旋转精密成形缺陷及形成原因32-33
• 2.5 本章小结33-36
• 第3章 从动螺旋伞齿轮坯旋转精密成形工艺的有限元数值模拟36-76
• 3.1 金属塑性成形数值模拟技术36
• 3.2 DEFORM-3D有限元分析软件36-37
• 3.2.1 DEFORM-3D软件介绍36-37
• 3.2.2 选择DEFORM-3D软件原因37
• 3.3 有限元模型的建立37-51
• 3.3.1 有限元模拟假设37-38
• 3.3.2 旋转精密成形前铸坯的尺寸设计38-40
• 3.3.3 旋转精密成形模具设计40-47
• 3.3.4 旋转精密成形设备的选择47-48
• 3.3.5 主要工艺参数的计算48-50
• 3.3.6 有限元前处理参数设定50-51
• 3.4 数值模拟结果分析51-62
• 3.4.1 旋转精密成形的径向成形力51-52
• 3.4.2 旋转精密成形过程中等效应力应变场52-54
• 3.4.3 旋转精密成形过程的金属流动规律54-57
• 3.4.4 旋转精密成形过程的温度场57-59
• 3.4.5 旋转精密成形过程的微观组织演变规律59-62
• 3.5 从动螺旋伞齿轮坯锥度对旋转精密成形的影响62-74
• 3.5.1 锥度对径向成形力的影响64-66
• 3.5.2 锥度对应力应变场的影响66-67
• 3.5.3 锥度对金属流动的影响67-73
• 3.5.4 锥度对温度的影响73
• 3.5.5 锥度对微观组织影响73-74
• 3.6 本章小结74-76
• 第4章 铸造工艺数值模拟基础理论76-82
• 4.1 铸造充型过程理论基础76-77
• 4.2 铸造凝固过程理论基础77-78
• 4.3 缺陷预测理论78-80
• 4.3.1 缩松缩孔形成的机理78-79
• 4.3.2 缩松缩孔预测方法79-80
• 4.4 Anycasting铸造模拟软件80-81
• 4.4.1 Anycasing软件介绍80
• 4.4.2 选择Anycasting的原因80-81
• 4.5 本章小结81-82
• 第5章 从动螺旋伞齿轮坯铸造工艺的有限元数值模拟82-106
• 5.1 铸件工艺性分析82-85
• 5.1.1 铸件技术要求82-83
• 5.1.2 材料成分对铸件性能的影响83-84
• 5.1.3 铸造工艺的选取84-85
• 5.2 造型材料的选用85-86
• 5.2.1 铸型材料的选用85
• 5.2.2 涂料的选取85-86
• 5.3 浇注工艺方案设计86-91
• 5.3.1 侧向切入式浇注工艺设计86-90
• 5.3.2 中心顶注切入式浇注工艺设计90-91
• 5.4 铸态环坯成形过程的有限元数值模拟91-99
• 5.4.1 侧向切入式浇注工艺的有限元数值模拟分析92-95
• 5.4.2 中心顶注切入式浇注工艺的有限元数值模拟分析95-98
• 5.4.3 浇注工艺对比分析98-99
• 5.5 浇注工艺参数的优化99-103
• 5.5.1 不同浇注温度对铸件质量的影响99-101
• 5.5.2 不同浇注速度对铸件质量的影响101-103
• 5.6 本章小结103-106
• 第6章 结论与展望106-108
• 参考文献108-114
• 致谢114

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1 程国明;郑耘;;对齿轮材料的研究[J];消费导刊;2010年08期

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本文编号：1021888