螺旋伞齿轮铸锻复合成形工艺的组织与性能控制研究

发布时间：2017-09-15 10:36

  本文关键词：螺旋伞齿轮铸锻复合成形工艺的组织与性能控制研究

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【摘要】：汽车后桥螺旋伞齿轮作为汽车后桥主减速箱传递动力的关键零件,需求量会越来越大,质量方面的要求也越来越高。螺旋伞齿轮的成形过程以前往往只注重宏观的成形工艺,而忽略了对微观组织的研究。实际上成形过程是一个宏微观相结合的过程。宏观研究注重材料在模具型腔中的充填效果,利用率及模具的寿命,工艺的选取等。微观则注重材料在成形过程中发生的动态再结晶、晶粒长大及组织分布等。对微观组织的研究可以指导宏观成型过程的工艺选择以及参数的优化。本论文通过计算机对螺旋螺旋伞齿轮铸锻复合成形工艺进行了数值模拟,并且通过宏观与微观相结合的方法对组织与性能进行了分析,从而为工艺参数的优化提供理论支持。铸锻复合成形工艺充分利用了铸造的制坯优势和锻造的改性效果,节材节能的同时,还提高了产品的机械性能和和组织性能。由于从动螺旋伞齿轮属于较复杂的小型铸件,本文选用技术成熟且应用广泛的砂型铸造来成形齿轮坯,并且运用Anycasting铸造模拟软件来模拟铸件充型与凝固过程,同时还预测和分析了缩松缩孔这类缺陷,验证了采用三个顶冒口的顶注式浇注系统的可行性。如何将螺旋伞齿轮坯的铸态组织转变成锻态组织并且使晶粒细化,从而提高产品的质量。本文利用DEFORM-3D模拟软件对铸坯锻造成型过程进行了仿真模拟,分析了锻造过程温度的变化范围、应力应变的变化、金属流动规律以及动态再结晶等。除此之外,还运用原胞自动机法(CA法)对锻造过程中晶粒的变化进行了模拟分析,研究并分析了温度、变形量及应变速率这三个工艺参数对再结晶的影响。
【关键词】：螺旋伞齿轮 铸锻复合成形 微观组织 数值模拟 再结晶
【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4-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 引言11
• 1.2 国内外研究现状及趋势11-16
• 1.2.1 从动螺旋伞齿轮成形工艺研究现状11-13
• 1.2.2 铸锻复合成形工艺研究现状13-15
• 1.2.3 材料微观组织模拟研究现状15-16
• 1.3 课题研究内容及意义16
• 1.3.1 研究内容16
• 1.3.2 研究意义16
• 1.4 本章小结16-19
• 第二章 螺旋伞齿轮铸造凝固工艺模拟研究19-39
• 2.1 引言19-20
• 2.2 凝固过程基本理论20-23
• 2.2.1 形核与长大20-22
• 2.2.2 凝固组织的形成与控制22-23
• 2.3 合金元素对铸件性能的影响23-25
• 2.4 铸造工艺的选取25-26
• 2.5 造型材料的选取26
• 2.6 涂料的选取26-27
• 2.7 铸造工艺方案的设计27-32
• 2.7.1 冒口的确定28-29
• 2.7.2 浇注系统的确定29-32
• 2.8 齿轮坯成形过程的数值仿真分析32-36
• 2.8.1 Anycasting模拟软件简介32-33
• 2.8.2 模拟参数的设置33-34
• 2.8.3 铸件充型与凝固过程分析34-36
• 2.8.4 缺陷预测与分析36
• 2.9 本章小结36-39
• 第三章 锻造成形过程数值模拟理论基础39-45
• 3.1 引言39
• 3.2 金属塑性成形基础39-40
• 3.3 塑性有限元理论基础40-41
• 3.3.1 两个屈服准则40-41
• 3.3.2 有限元法在塑性成形过程中的应用41
• 3.4 锻造过程热力耦合模拟基础及晶粒细化机理41-44
• 3.4.1 热平衡微分方程42-43
• 3.4.2 金属晶粒细化机理43-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第四章 螺旋伞齿轮坯锻造成形过程模型建立45-59
• 4.1 引言45
• 4.2 DEFORM模拟软件介绍45-46
• 4.3 建立几何模型46-48
• 4.3.1 成形模具设计46-47
• 4.3.2 成形方案设计47-48
• 4.4 在Deform中建立模型48-51
• 4.4.1 选择材料与划分网格48-49
• 4.4.2 边界条件和初始条件设置49-51
• 4.5 建立再结晶模型51-58
• 4.5.1 元胞自动机法简介51-52
• 4.5.2 元胞自动机模型构架52-54
• 4.5.3.二维CA法动态再结晶模型的建立54-57
• 4.5.4 微观组织模拟参数及边界条件设置57-58
• 4.6 本章小结58-59
• 第五章 模拟结果与分析59-77
• 5.1 引言59
• 5.2 模锻过程中温度场分析59-61
• 5.3 模锻过程中等效应力场分析61-62
• 5.4 模锻过程中等效应变场分析62-63
• 5.5 模锻过程中金属流动规律分析63-65
• 5.6 模锻过程中的再结晶65-67
• 5.7 工艺参数对动态再结晶的影响67-76
• 5.7.1 变形量对动态再结晶的影响68-70
• 5.7.2 应变速率对动态再结晶的影响70-72
• 5.7.3 温度对动态再结晶的影响72-76
• 5.8 本章小结76-77
• 第六章 结论与展望77-79
• 参考文献79-85
• 致谢85

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