圆柱直齿轮冷精锻工艺模拟及实验研究

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1、圆柱直齿轮冷精锻工艺模拟及实验研究NumericalSimulationandExperimentalStudyofColdClose—-DieForgingofSpurGear2011年3月合肥工业大学．本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学硕士学位论文质量要求。’主席：答辩委员会签名(工作单位、职称)止≯。旋、—疋∥‘必>?：葡护导师：饼乞驴／涉巾幻豇彩籀t糌。到易猿咚吨∞糟俳饼{}藤套冬●●员蚕独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的

2、地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得金胆王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签字：五角绳签字日期：劲11年砂月≥阳学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解金胆王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金胆王些太堂可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论

3、文。．(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文者签名：亚角怨签字日期：砂f『年印月2阳学位论文作者毕业后去向：工作单位：通讯地址：导师签名：签字日期：电话：邮编：磅铲．∥ft年U-只矿勺圆柱直齿轮冷精锻工艺模拟及实验研究摘要圆柱直齿轮是重要的传动零件，在汽车、机械、航空等领域有着广泛的应用。作为传递动力及运动的关键零件，其精度及质量都有很高的要求。当前，圆柱直齿轮的生产仍然以机械加工方法为主，存在生产效率低、材料利用率低、零件强度低、能耗大等缺陷，已远不能满足工业发展的需求。针对平端面圆柱直齿轮，本文提出了齿腔分流法，即将分流型

4、腔设置在凹模型腔深处。采用有限元软件DEFORM3D对该分流工艺进行模拟研究，系统分析了材料流动规律及齿腔充填特点，得出了其应变场、速度场、温度场的分布及载荷曲线，并讨论了三个重要因素(如分流型腔深度、摩擦系数及坯料高度)对成形效果、最大载荷及模具温度分布等的影响；采用铅试验进行物理实验，对该工艺方案的优越性进行验证。结果表明，该工艺方案不仅能有效地改善角隅充填性能，也能极大地降低成形载荷(成形载荷仅为封闭式冷锻成形的一半)，与有限元模拟结果吻合；设计了实验模具，采用有限元法校核了模具中的关键零部件，并成功锻制出合格的20CrMnTi

5、钢质直齿轮锻件；最后设计了批量生产模具工装，重点解决了出模难题。同时，本文将分流法进行推广，针对带高凸台的圆柱直齿轮提出两步成形工艺，即封闭式冷锻预锻一局部加载耦合齿端分流工艺终锻。并对该工艺进行有限元模拟研究，详细分析了其流动规律和变形机理，合理确定了预锻成形量。对于终锻的研究，重点提取了应变、速度场量及载荷曲线进行分析研究，并采用正交试验和极差分析法，以成形效果最好、成形力最低为目标，对几个重要工艺参数(如凸台直径D，凸台圆弧R，分流腔宽度L，坯料高度H)进行优化，得到了最佳成形工艺参数。模拟结果表明，该工艺方案成形效果好、模具受

6、力低(仅为封闭式冷锻工艺的一半)。针对该工艺设计了简易模具，采用铅试样进行对比物理实验，结果与数值模拟一致。通过对以上两种直齿轮类零件冷锻成形工艺的研究，本文总结了圆柱直齿轮冷精锻分流型腔设计方法，首次提出了两种合理实用的新方案，为圆柱直齿轮冷精锻技术实用化奠定了基础。关键词：圆柱直齿轮，冷精锻，数值模拟，实验研究NumericalSimulationandExperimentalStudyofColdClose-DieForgingofSpurGearABSTRACTSpurgearisanimportantdrivingpart，

7、andiswidelyusedinautomobile，mechanics，astronauticsetc．Beingkeypartthattransmitspowerormotion，itsaccuracyandqualityisexpectedawfully．Butnowthemainproducingmethodofspurgearismachiningwhichhasmanydefacts，suchaslowproductivity,lowmaterialutilization，lowstrengthofgearandhigh

8、energyconsumptionandSOon．Itcannotsatisfythedevelopmentpressureofindustryata11．Aimingatflat·-facedspurgear,odon