直齿轮冷精锻成形数值模拟分析与实验研究

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1、直齿轮冷精锻成形数值模拟分析与实验研究摘要本文将无限多预成形连续成形的设计思想和分流原理结合起来，初步确定了直齿轮冷挤压成形工艺方案。该方案通过连续渐变的齿廓曲面迫使金属向齿顶方向逐步流动，减小了金属充填齿腔的阻力，从而可以在改善齿轮充填性的同时降低成形力。利用三维造型软件建立凹模型腔曲面，并通过模拟软件仿真齿轮挤压过程中的金属流动过程。模拟结果表明，齿腔充填饱满且无塌角缺陷。采用方案比较法，基于模具形状对传统的直齿轮闭式锻造成形方案进行改进。在多方案比较时，采用二维模拟的方法，节省了计算时间，降低了计算成本。简单地探讨了成形过程中的金属流动规律，认为径向流动速度分布可以作为设计方案的评

2、价标准。最终得到一种合理可行的改进方案，即将凸模端面设计成“w”形，凹模型腔底面设计成“一”形，对齿轮成形有利。通过对三维数值模拟实施过程中几何建模、接触、网格自适应和重划分等关键技术问题的处理，Jiron完成传统方案和改进方案的模拟。由两方案的数值模拟结果对比可知：改进方案的应力应变及径向流动速度分布均匀：改进方案的成形效果好，克服了齿轮上下角隅充填不满的缺陷，同时降低了成形力及能耗。实验结果和模拟结果具有良好的一致性，从而进一步证明本文所提出的改进方案是合理可行的。关键词：直齿轮挤压闭式锻造数值模拟Numericalsimulationandexperimentalresearcho

3、fcoldnet-shapeformingofspurgearAbstractCombinedthedesignmethodofinfinitemultistagepreformingprogressiveformingtechniquewithdivided-flowprinciple．anextrusiontechnologyschemeforspurgearispreliminaryestablished．Bycontinuoustransitiontooth-profile—surface，themetalworkpieceisforcedtOflowintotooth—tips

4、tep—by-step，andresiStingforceofmetalflowisdecreased，thereforethefillingconditionisimprovedandtheformingforceisreduced．ThesurfaceofdiecavitywasbuiltwithCADsoftware，andthemetalflowprocesswassimulatedwithCAEsoftware．Thesimulationresultsshowthatinsufficientcornerfillingisavoidedandthewholegearforming

5、effectisgood．Scenariocomparisonmethodwasadoptedtoimprovetheconventionalschemeofclosed—dieforgingofspurgearbasedonmoldshape．Two·dimensionalsimulationsareperformedincomparisonofschemes，whichsavesalotoftimeanddecreasesthecomputingcost．Theruleofmetalmaterialflowintheformingprocessisdiscussedinbrief,a

6、ndaconclusionthatthedistributionsofmaterialradical．flow-velocityCallbeusedtoevaluatethedesignschemeisdrawn．Finally,afeasibleimprovedschemewithpunchendsurfaceifi”w’’shapeanddiebottomsurfacein”—’、”shapeisputforward．Tocontinuethenumericalsimulationsoftheconventionalandimprovedschemes，somekeytechnolo

7、gies，includinggeometricmodel，contact，meshadaptingandremeshing，aresolved．Bycomparisonofthesimulationsresultsofthetwoschemes，themainconclusionsobtainedareasfollows：thedistributionsofstress，strainandradical—flow—velocitya