汽车主动螺旋伞齿轮坯精密塑性成形工艺的数值模拟研究

发布时间：2017-08-05 05:17

  本文关键词：汽车主动螺旋伞齿轮坯精密塑性成形工艺的数值模拟研究

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【摘要】：汽车后桥主动螺旋伞齿轮由于其复杂的工况环境是汽车中需求量较大的一个零部件,主动螺旋伞齿轮的最易损坏部位除了螺旋伞齿外还有轴和螺旋伞齿锥头的连接部位。主动螺旋伞齿的锻造成形难度较大,成形技术还在攻关阶段,目前还是主要以切削成形为主,其质量除了受切削参数和切削工具影响外还受到成形的齿轮坯的影响。为了进一步提高主动螺旋伞齿轮的质量,控制生产成本,本文通过DEFORM有限元仿真成形模拟软件着重研究了前期成形主动螺旋伞齿轮坯的各种成形工艺。并分析了各工艺成形过程中金属的流动情况、应力应变、模具载荷以及破损值等指标,根据成形力和成形特点为各种工艺的每个工序配置了相关的设备。通过研究发现,采用常规楔横轧的轧楔轧制主动螺旋伞齿轮坯时,在锥头大端面容易出现折叠毛边,烧损严重。在锥头和轴部衔接处破损值较大,折叠毛边容易被碾入该部位使得该部位的内部组织破坏,造成应力集中。为了尽可能的改善上述问题,本文将轧楔的垂直侧端面改为倾斜侧端面并将轧楔刃口进行圆角化。有限元模拟的实验结果表明,成形过程中金属的流动更为顺畅,基本消除了成形过程中在锥头大端面上出现的折叠现象,而且使该部位的破损值大大降低,成形质量改善了许多。采用楔横轧-立锻工序成形主动螺旋伞齿轮坯时为节省原材料提高材料利用率,在成形轴部时将直径较大部位置于两端。由于锥头部位是采用立锻成形,成形出的锥头部位尺寸精度和质量要比楔横轧工艺获得的产品更好。但是受前期楔横轧工序影响,在工件端部出现了凹坑,需要在立锻工序得到填充,这使得立锻锥头时成形力较大,需先形成飞边才可达到填充凹坑的条件。采用挤压-立锻工艺成形主动伞齿轮坯时研究了冷成型和热成型两种温度下的成形效果。这种工艺没有楔横轧时产生的凹坑,成形出的齿轮坯的质量是三种工艺最好的,尺寸精度最高,破损值最小。但是生产效率却是最低的。从研究结果可以看出,无论是楔横轧-立锻工艺还是挤压-立锻工艺,最后的立锻工序不仅仅是用来成形锥头,对前期成形的坯料还兼顾了精整和矫直的作用。
【关键词】：主动螺旋伞齿轮坯 楔横轧 立锻 挤压 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】：2016
【分类号】：U466
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-22
• 1.1 引言14-15
• 1.2 主动螺旋伞齿轮坯精密塑性成形研究现状15-17
• 1.3 课题研究内容与意义17-21
• 1.3.1 选题背景17-18
• 1.3.2 研究内容18-21
• 1.3.3 研究意义21
• 1.4 本章小结21-22
• 第2章 金属塑性成形基础理论22-31
• 2.1 金属的塑性变形22-23
• 2.1.1 塑性变形的微观理论解释22
• 2.1.2 金属塑性变形能力指标22-23
• 2.2 塑性变形屈服准则23-24
• 2.2.1 屈雷斯加（Trasca）屈服准则23-24
• 2.2.2 密席斯（Mises）屈服准则24
• 2.3 应力应变关系24-27
• 2.3.1 列维-密席斯方程25
• 2.3.2 圣维南塑性流动方程25-26
• 2.3.3 普朗特-劳斯方程26-27
• 2.4 刚塑性有限元理论27-28
• 2.5 数值模拟技术28-30
• 2.5.1 本文研究工具的选择28-29
• 2.5.2 DEFORM软件介绍29-30
• 2.6 本章小结30-31
• 第3章 楔横轧成形主动螺旋伞齿轮坯31-72
• 3.1 楔横轧技术概述31-34
• 3.1.1 楔横轧模具设计四原则32-33
• 3.1.2 模具参数设计标准33-34
• 3.2 下料计算及设备选择34-36
• 3.2.1 成形方案确定34-35
• 3.2.2 下料计算35-36
• 3.2.3 设备选择36
• 3.3 模具设计36-41
• 3.3.1 模具型腔设计36-37
• 3.3.2 轧制方案确定37-38
• 3.3.3 孔型几何尺寸计算38-40
• 3.3.4 楔横轧模具三维建模40-41
• 3.4 数值模拟与结果分析41-56
• 3.4.1 模拟前处理设置41-42
• 3.4.2 楔Ⅰ段模拟结果分析42-48
• 3.4.3 楔Ⅱ段模拟结果分析48-52
• 3.4.4 楔Ⅲ段模拟结果分析52-56
• 3.5 成形工件质量分析56-61
• 3.5.1 工件几何形状分析56-57
• 3.5.2 尺寸误差分析57-58
• 3.5.3 折叠缺陷58-59
• 3.5.4 破损值分析59-61
• 3.6 方案改进61-71
• 3.6.1 模具修改61-62
• 3.6.2 改进方案后工件折叠缺陷分析62-63
• 3.6.3 改进方案后工件破损值分析63-65
• 3.6.4 改进方案前后工件其他参数对比65-69
• 3.6.5 改进方案成形出工件形态分析69-71
• 3.7 本章小结71-72
• 第4章 楔横轧-闭式模锻成形主动螺旋伞齿轮坯72-102
• 4.1 楔横轧方案确定72-75
• 4.1.1 下料计算与设备选择72-74
• 4.1.2 成形方案的确定74-75
• 4.2 模具设计75-80
• 4.2.1 模具型腔设计75-76
• 4.2.2 轧制方案确定76-77
• 4.2.3 轧楔尺寸计算77-78
• 4.2.4 轧齐曲线计算78-79
• 4.2.5 三维建模与数值模拟79-80
• 4.3 楔横轧工序模拟结果分析80-86
• 4.3.1 金属流动分析81-82
• 4.3.2 等效应变分析82-85
• 4.3.3 轧制过程模具载荷分析85
• 4.3.4 楔横轧工序成形工件形态分析85-86
• 4.4 闭式模锻86-90
• 4.4.1 模膛设计86-87
• 4.4.2 设备选择87-88
• 4.4.3 模拟前处理设置88-90
• 4.5 模拟结果分析90-101
• 4.5.1 锥头成形过程金属流动分析90-94
• 4.5.2 闭式模锻的矫直和精整作用94-96
• 4.5.3 工件应力应变以及温度分析96-100
• 4.5.4 模具载荷分析100-101
• 4.5.5 工件形状和尺寸精度分析101
• 4.6 本章小结101-102
• 第5章 挤压-闭式模锻成形主动螺旋伞齿轮坯102-135
• 5.1 成型方案的确定102-104
• 5.1.1 成形方案102-103
• 5.1.2 下料直径确定103
• 5.1.3 确定成形方案103-104
• 5.2 挤压工步前期准备104-110
• 5.2.1 下料计算104-105
• 5.2.2 挤压方案确定105-106
• 5.2.3 挤压设备选择106-108
• 5.2.4 挤压模具设计108-109
• 5.2.5 挤压坯料前处理109-110
• 5.3 挤压工序模拟成形前处理设置110-112
• 5.4 模拟结果分析112-122
• 5.4.1 金属流动分析112-116
• 5.4.2 冷挤压和热挤压应力场对比分析116-117
• 5.4.3 冷挤压和热挤压模具载荷对比分析117-119
• 5.4.4 热挤压温度场分析119
• 5.4.5 其他指标分析119-121
• 5.4.6 挤压成型工件形态尺寸分析121-122
• 5.5 模锻工序122-124
• 5.5.1 模膛设计122
• 5.5.2 设备选择122-123
• 5.5.3 成形模拟前处理设置123-124
• 5.6 成形结果分析124-134
• 5.6.1 金属流动分析124-126
• 5.6.2 立锻的精整作用126-127
• 5.6.3 工件应力场分布127-131
• 5.6.4 模具载荷分析131-132
• 5.6.5 其他指标分析132-134
• 5.6.6 工件形状尺寸分析134
• 5.7 本章小结134-135
• 第6章 各工艺经济性对比分析135-138
• 6.1 生产效率135
• 6.2 材料利用率135-136
• 6.3 工件尺寸精度与质量136-137
• 6.4 本章小结137-138
• 第7章 结论与展望138-140
• 参考文献140-146
• 致谢146

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