直齿内齿轮精锻成形工艺数值模拟及实验研究

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1、摘要齿轮是各类机械中应用极为广泛的重要传动零件，采用以净形或近净形为目标的精密锻造成形工艺生产齿轮件，适应高效、精密、绿色清洁的2l世纪先进制造技术的发展趋势，成为未来齿轮加工变革的主要方法之一。针对直齿内齿轮精密锻造成形工艺设计的实际要求，在总结直齿内齿轮实际加工经验的基础上，提出直齿内齿轮镦挤和缩挤相结合的两段成形工艺；以Pro／Engineer软件为设计平台，对直齿内齿轮成形模具进行工艺设计和结构优化；另外通过MSC．SuperForm软件对直齿内齿轮精锻成形过程进行模拟优化；在此基础上设计实验模具，并对直齿内齿轮精密锻造成形工艺进行实验分析。主要内容如下：首先从齿

2、轮精密锻造加工工艺入手，以分流减压原理为理论依据，提出采用缩挤和镦挤相结合的两段成形工艺加工直齿内齿轮。其次利用商用有限元软件MSC．SuperForm对直齿内齿轮精锻成形过程进行数值模拟分析。分析了不同凹模型腔入模角、不同摩擦条件、不同坯料尺寸对齿形填充状况的影响；分析了冷精锻成形和温精锻成形条件下，直齿内齿轮零件齿形的填充状况以及成形过程中各力能参数的分布情况和变化趋势；总结了直齿内齿轮精密锻造成形过程中材料的流动规律；在此基础上，以Pro／Engineer软件为设计平台，对实现该工艺的浮动芯轴式模具进行尺寸设计和修正，为直齿内齿轮两段成形工艺物理模拟实验设计实验模具

3、。最后对直齿内齿轮的两段成形过程进行物理模拟实验，分别用铅和铝两种实验材料对直齿内齿轮零件的精锻成形过程进行实验分析，并通过数据采集系统记录零件成形过程中的力一行程曲线。从而验证了数值模拟过程中材料流动规律，实验结果和数值模拟结果均验证了该工艺的可行性。关键词精密锻造成形工艺；数值模拟；物理模拟；两段成形；直齿内齿轮燕山大学工学硕士学位论文AbstractAsamostessentialdrivingpart，geariswidelyusedinallkindsofmachinesinmanyimportantindustrialfields．nleideaofpreci

4、sionforgingtechnologyaimingatNetformingorNearNetformingusedformanufacturinggearscflnadapttothetrendoftheadvancedmanufacturetechniquewiththeadvantagesofhighefficiency,precisionandenergy-saving．Inthenearfuturetheprecisionforgingtechnologywillbethemostimportantmethodforgearmanufactory．Tbedis

5、sertationputforwardanewstraightinnergearprocessingtechnologythatisthetwo—stageprocessingmethodincludingshrinkingandupsettingforming．ThedissertationputupnotonlythestructureoptimizationforthediebasedonthesoftwareofPro／Engineer,butalsothesimulationoptimizationfortheprocessingtechnologybasedo

6、nthesoftwareofMSC．SuperForm．ThenthroughthesimulationexperimentthefeasibilityoftheprocessingtechnologyWasverified．Theprimarycoverageofthedissertationasfollows：Atfirst，thedissertationputforwardthetwo—stageformingmethodforstraightinnergearincludingthetwo-stageext／Rldin噼ofshrinkingandupsettin

7、gforming．Then,thedissertationmadethenumericalsimulationfortheformingprocessingofthestraightinnergear．Somedi＆rentfactorswereanalyzedincludingtheinfluenceofdifferentdiesize．different丘ictionconditionanddifferentprocessingtemperature．Throughtheanalysisofthetwo—stageproc