锥齿环精锻成形工艺

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1、第1章绪论1.1研究来源本课题所研究的对象是锥齿环精锻成形工艺。来源于东风汽车公司变速箱有限公司的轻型车变速箱中的二档同步器锥齿环精锻的要求。目标是采用精锻成形工艺精锻出该锥齿环的齿形，取代目前的普通开式模锻制坯和齿形的部分或全部切削加工工艺，提高零件的综合性能，节材节能，节省机电加工费用，降低成本。21世纪是信息的时代,计算机及网络技术将渗透到社会生活的各个方面,包括产品的设计、制造过程。在这个背景下,利用计算机来模拟现实世界的技术将得到充分的发展。随着计算机硬件、软件技术的飞速发展和对塑性成形规律的深入研究，塑性加工过程的有限元模拟技术近年来取得了很大的进展。通过

2、模拟，不仅能获得塑性加工过程中工件和模具的位移场、速度场、应变场、应力场和温度场，还能预测工件微观组织和性能的变化。利用计算机图形技术将这些分析结果直观地呈现在研究设计人员面前，使他们能通过研究虚拟的塑性成形过程来检验工件的最终形状、尺寸是否符合设计要求，是否会产生折叠、裂纹和充不满等缺陷,根据金属微观组织的变化预测产品的使用性能；还能根据模具的受力状况校核其强度、刚度，预测模具的磨损,确定压力机压下量的补偿值等。通过对塑性加工过程的模拟,可以在塑性加工工艺设计和模具设计初步方案完成后立即对其可行性进行检验,并提供修改方案所需的详尽资料。经模拟检验后,再完成详细设计并

3、进行模具制造。这样，就能从根本上改变以往由于缺乏对塑性加工过程的科学分析手段而只能凭经验设计模具,通过反复的工艺试验修改模具和工艺参数的状况，极大地降低了生产成本、提高产品质量、缩短产品交货期。加工过程模拟与人工智能技术相结合,将成为塑性加工中设计和制造智能化的有力工具。塑性加工过程模拟在工业发达国家已进入实用阶段,如美国三大汽车公司在汽车覆盖件模具设计制造中，都要求在设计完成后必须经过计算机模拟检验，才能投入试验软模的制造。这样可以大大节省制造试验软模的昂贵费用和试验周期，其经济效益非常明显。基于有限元法的数值模拟仿真技术已有几十年的历史，数值模拟仿真技术已经成为塑

4、性加工领域的一项重要技术，它将对金属塑性成形技术的进步产生巨大的推动作用。精锻工艺属于金属塑性加工的先进工艺，具有生产率高、节约原材料、提高产品质量和降低生产成本等优点。近年来，随着计算机技术的飞速发展，精锻技术也取得了巨大的进步。本文中先利用模具Pro/E-36-技术对锥齿环进行三维实体建模，并进行翻模、修改模具，然后应用精锻理论、数值模拟仿真技术等对锥齿环的成形工艺过程进行了数值模拟仿真分析。研究了金属在成形过程中各种场变量的变化，预测金属流动趋势，优化其成形工艺及设计参数，利用模拟优化结果进行生产实验，并将数值模拟结果与生产试验结果进行比较，提出了改进措施。通过

5、本课题的研究，将精锻理论，数值模拟仿真技术及模具CAD/CAM技术结合起来，以达到缩短产品开发周期、提高模具寿命、降低成本等目的。对于制造业来说，21世纪的竞争核心将是新产品的竞争。如何实现高质量、低成本、短周期的新产品的开发，正是赢得这一竞争的关键。为了提高锥齿环的综合机械性能和使用寿命，达到节能降耗、降低成本的目的，拟采用基于刚粘塑性有限元法的数值模拟仿真技术对其成形过程进行研究。1.2国内外研究现状和预测1.2.1国内外研究现状精密成形技术是第二次世界大战以后，随着现代化大规模生产而发展起来的一种少无切削的新工艺。精密成形技术是指零件成形后，仅需少量加工或不再加

6、工（近净成形技术或净成形技术），就可用作机械构件的成形技术。全国的地方锻造厂、乡镇企业迅猛发展，出现了一些采用精密成形技术，生产附加值高的精密锻件的锻造厂。这些厂设备先进，大多引进关键设备和技术，并拥有先进的模具制造设备。但是，精密成形技术在我国的应用范围、所达到的精度等级，在汽车(尤其是轻、轿)锻件中所占比例，工艺、设备及其配套技术方面，与汽车工业发达国家相比有很大差距。在轿车、轻型车的高精度锻件方面，生产工艺、装备及所产锻件能达到轿车、轻型车要求的，为数不多。轿车国产化，都面临着轿车高精度锻件的精化攻关。国外汽车工业发达国家，采用精密成形技术生产的汽车锻件占有很大

7、的比重，水平最高，研究开发出节能节材、精化锻件、减少和代替切削加工的许多专用技术、设备、模具装置、模具制造技术等等，包括许多专用成套技术和专利技术。近年来,锥齿环的制造技术在国外的发展,主要表现在两个方面：采用新型材料,采取新型成型工艺设备，但由于材料成本较高，成形工艺复杂，因此所生产零件的成本相对较高。1.2.2新领域的发展-36-从七十年代初划开始，计算机在体积成形中的应用日益增加。迄今为止，其应用还局限于少数制件的CAD/CAM/CAE系统。诸如美国伯特尔-哥伦布实验室在这方面做了大量的工作，推出了锥齿轮精锻模CAD/CAE系统、叶片类模锻CA