齿轮精锻过程三维数值模拟及关键工艺技术研究

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1、山东大学博士学位论文!目E_!!!!!!!_!!!女_!!!∞!!!≈≈!!!_!!!#∞!!!_!齿轮精锻过程三维数值模拟及关键工艺技术研究攘要隧羞世舆善圈裁造业竞争的加别、节能、精密、毫效成形技术已戏为当今塑性加工领域重点研究和发展的方向之一。以精锻工艺来代替传统加工成形工范，可达到节袈畿源帮派掳枣喜、提菠生产效率帮产鑫襞量、簿低成本弱瑶趣。齿轮是各类机械设备中的重要零件，起着传递运动和动力的作用；在工业领域中得到了菲常广泛翁应角。莓前，齿轮生产大多采蔫传统酶切胬蕊工方法，毒手辩利用率低，生产效率低，产品成本商。随澄市场对齿轮产品性能和成本要

2、求的不断提高，传统的切自I加工方法将难以满足当前生产企业要求，这就要求人们进行齿轮加工技术的变革。用糖锻工艺生产齿轮，不仅具有节材、节能、低成本、高效率等鼹著优势，而且可以提高齿轮的机械性能和使用寿命。就齿轮精锻而言，特别是瞧齿圆较蓬轮糕锻，凌子零传豹咒{薯形状复杂，影确因素多，藏形蘧整太，成形艇律的研究比较薄弱。针对目前我国工业发展的现状，开展齿轮精锻工艺研究，媳有极为霆要鳃现实意义。随着计算机软硬件技术、有限元方法及计算机图形学等学科的迅猛发展，基予数值搂拯的诗舞梳辖鞠工程技术在盒属鳖往成形颁城褥戮了广泛盔璃，实现了金属成形过程的计算机仿真。

3、应用三维有限元数慎模拟技术研究糖锻成形工艺，可以获得交形过程所需的载荷，获得金属流动规律年日工件内部应力、应变分布等，是工艺和模具设计的有力工具。近年来，以数值模拟等先避方法鳃决工业生产中的实际问题已成为金属成形技术的发展方向。本文采用数值模拟和实验研究相结合鲍方法，对童薅溷犍糍轮糖锻戏髟王艺及其关键技术遴牙磅炎。建立了直齿圆柱齿轮精锻成形过程的三维有限元模型，选用闭式模锻工艺作为磊秀究对象，选耩了模藏表瑟攀元数、糯载步长、模数、巍数、德轻高度等参数，进行了多次模拟，根据模拟结柴对比分析了以上诸参数对成形工艺的影响。确定了适宜的表面单元数哥鄢加载

4、步长信，较好施满足了模拟的需要。从数值模拟结果分析可知，在齿轮其它参数不变的情况下，锻造裁穗髓模数秘凌数的增热两增加。模数的变化对载荷的影响驻著。在齿轮其它参数不变的情7兕下，对高度不同的拨轮成形过程的模拟分辑中发现，在成形黪奶始羚段，由于麓凄较小熬坯域填充的进程较快，出现了商度越小载荷越大的状况，在填充终了阶段，随高度增加摘要载籁秽有所增棚。耋遗霾栈畿轮旗锻工艺鞋三鏊盏受鞠各瓣蕃舞究久员瓣燕李莞。本文蘩予分滚法黪基本理论，在分析国内外直齿圆柱齿轮成形工艺方案研究现状的基础上，提出了中心分流精锻成形工艺改进方案，其成形过程为，预锻时利用上、下凸台

5、在坯料两端中心部分锻逡出分流区；终锻时毒才料囊逸形部分壤充浆同时，巍穗中心分滚区滚充，齿形充壤完毕居，岗腔尚未充满绒接近充满，使材料在充填整腔的过程中始终有自由流动的余地，从而改善坯料填充性，降低成形载荷。采用三维刚塑性有限元方法分析了中心分流工艺成形过程，从模拟结柴可以看出，只在下模带凸惫静工艺方寨中，上蠛帮豹凌形无法宠全充满。改避匿瓣工艺方案使上模带蠢与下模同样的凸台，从而更好地起到分流作用，有助于树料在齿形型腔中的填充，使得齿形充填良好，并且降低了成形载荷。在中心分流工艺中，中心分流区的形状尤为重要。为了考察其对戏澎过程的影响，本文采用空心

6、坯成形纛齿毽拄齿轮中心分流工艺，秘用三维鸯黻元数值模稼分析，对球台形、圆台形和强柱形三静凸台方案进行了模拟分析，得出了金属的应力分布规律以及载荷一行程曲线。模拟结果表明，分流区的几何形状对齿轮成形性能以及成彤载荷有直接影响，确定了鹦台形为凸台爨毽凡贸形狻。霹实心坯串心分藏或彭王艺，采霜臻冠形凸台，并艇和闭式模锻工艺进彳亍了比较。从模拟将结果可以看如，中心分流工艺有效蛾改藩了金属流动性能，可在较低锻造压力下，锻造出成形良好的工件。精锻齿轮要浓成形产品熟有较高的尺寸糙度。锻避畿形的精度南模其精度决定。童齿阖撞瓷轮届俺澎狻爱杂，模兵型耱尺寸受多耱因素的

7、影响，因此模具塞形设计一直是齿轮精锻工艺的关键技术之～。本文对两步成形直齿圆柱齿轮冷精锻工艺模具齿形设计方法进行了研究，分别采用修正模数法和变位法对终锻模具积鞭锻攘吴兹鸯影递牙了设诗。在本文采蠲戆嚣步残影冷精锻工艺方寰孛，颈锻模蕻齿形设计赢按影响至I终锻工步的成形精度。本工艺中大部分的变形都要在预锻工步中完成，以保证终锻工步的成形精度和模具寿命。同时考虑到预锻件能够顺利放入终锻横凝内，因此预锻模具齿形与终锻模其巍形之间要有～定的闻距。透过羹三交实验法冬数篷模裱技术穗结合静方法，来述行颧锻模其鹫腌参数优纯。选取了描述预锻模具几何形状的三个参数作为影

8、响因素，以预锻终锻总载荷值为指标，把每次有限元计算作为～次实验，通过有限元模拟分析来获得在每个因素各个承平下兹缝袋，最终确定啜镶摸具婆!