半轴齿轮温（热）精锻成形技术.研究

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1、重庆大学硕十学化论文l引言1引言1．1课题背景本课题所研究的对象是半轴齿轮的闭塞式精锻成形工艺。浚产品是长安汽车卜的行星半轴齿轮，现行生产工艺采用先进行粗锻制坯，再利用切削加工精加工齿形、背锥、半轴以及内孔花键的方法进行生产。但切削加工使得金属纤维组织被切断，降低了齿轮强度，且材料利用率、加工效率很低，能源和工时消耗较大。为此拟采用闭塞式精密锻造成形工艺加工半轴齿轮，齿形无需再进行机加工。采用该’L岂生产半轴齿轮可以大大提高齿轮的综合机械性能，而且加工效率和材料利用率很高，经济效益十分显著。深入研究半轴齿轮的精锻成形过程，可以了解直伞齿轮成形时金属在模具鹫腔内的流动状况及各种缺

2、陷产生的原因和影响因素，从而掌握直伞齿轮的成形规律，为直伞齿轮的模具设计和优化提供理论依据，同时对直伞齿轮的闭塞式糟锻成形技术的发展具有推动作用。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¨J。通过模拟，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，还能预测丁=件细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

3、研究设计人员面前，使他#l']flt通过研究虚拟的塑性成形过程来检验．[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，根据金属细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．再完成详细设计并进行模具制造弘J。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]：艺参数的状况，极大地降低

4、了生产成本、提高产品质量、缩短产品交货期。塑性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【jJ。这样可以大大节省制造试验软模的昂贵费用和试验周期，重庆夫学硕+学位论文l引言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。闭塞式精锻工艺属于金属塑性加工的先进工艺，具有生产率

5、高、节约原材料、提高产品质量和降低生产成本等优点H。近年来，随着计算机技术的飞速发展，闭塞式精锻技术也取得了巨大的进步。本文中先利用模具CAD技术对半轴齿轮进行三维实体建模，然后应用精锻理论、数值模拟仿真技术等对半轴齿轮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。通过本课题的研究，将精密锻造理论，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，2

6、l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I)l。为此，为了提高半轴齿轮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国内外研究现状在重庆：目前，中国兵器工业第五九研究所，重庆万友康达精密冷锻有限公司在摩托车零件冷精锻成形技术方面取得了相当大的成绩；綦江齿轮厂在汽车热精锻工艺技术方面已取得重要进展。但在齿形精度、模具寿命、滚齿对刀等方面还碰到一些问题，在模具设计与生产中尚主要依靠经验设计与多次调试模具的手段。如何进一步延长模其寿命、提高齿

7、形精度还有待在理论和试验方面进行深入研究。长安集团公司多年来一直采用热锻件作为齿轮毛坯，然后进行传统的齿轮切削加工，尚未涉及齿轮热精锻技术的研究与开发。重庆大学在精锻工艺过程数值模拟与仿真等理论研究分析方面已取得显著成绩。奎冒内处!对精锻齿轮的研究主要涉及以下三个方面：(1)变形规律分析在90年代初期，人们主要采用一些传统理论方法研究齿轮精锻，KondoK等提出了精锻齿轮的分流减压原理，OhgaK等论述了其适用范围。DohamannF等用数值逼近法和主压力法分析了冷精锻齿轮时金属流动和模具应