齿轮精密成形技术的研究

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1、齿轮精密成形技术的研究（西安交通人学机械工程学院，西安710049）程羽杨程臧顺来李刚邢光汉摘要：研究了直齿闘柱齿轮的冷精锻过程，分析了分流孔形状、成形工艺等因素对齿轮成形的影响。结果显示，选择适当的分流孔尺寸可以降低成形载荷，但作用不很明显。釆用凹模运动方式可调的齿轮精锻法可以同时兼顾齿轮上、下角部的成形，利于齿轮的填充,降低成形载荷。关键词：直齿恻柱齿轮；冷精锻；成形工艺中图分类号：TG3161引言齿轮作为传递运动和动力的最基本零件么一，在工程领域有着非常广泛的应用。采用精锻工艺生产直齿圆林齿轮是一种极具开发前景的新

2、工艺、新技术，相对传统切削加工方法而言，它不仅可使齿轮加工的材料利用率由日前的40%左右提高到70%以上，而H提高齿轮强度20%以上、生产效率40%左右⑴21o直齿圆林齿轮精密成形尽管具有很大的帀场应用前呆，但山于齿形（特别是上下角隅处）充填困难，需要较人的成形力，引起凹模型腔壁压强过人，导致凹模容易开裂，因此日前尚处于工艺探索和实验室研究阶段［3fo本文采用数值模拟结介实验研究方法，系统分析了分流孔毛坏形状、工艺方案等因素对成形的彩响，为最终优化工艺实现冷精锻成形奠立了基础。2实验设备和实验方法直齿I员【柱齿轮的相关参

3、数如表1所示，实验模具结构见图lo齿轮齿数18模数3mm齿号25mm压力和20°表1齿轮尺寸Table.1spurgearparameters实验模具简图Fig.1Outlineofexperimentapparatus3试验结果与分析3.1带分流孔毛坯对齿伦成形的影响实验所用毛坯尺寸如图2。«•0i!•(a)孔径f20mmrsI2(b)孔径f25mmfso(c)孔径f30mm图2带分流孔毛坯图Fig.2specimenwithrelief-hole采用图1所示模具结构，毛坯材料为15钢（冷态）、工作速度为2mm/s、摩

4、擦因子为0.3,通过DEFORM软件对成形过程进行数值模拟，得到表2所示的结果。表2带分流孔毛坯的数值模拟结杲Table.2Numericalsimulationresultsofspecimenwithrelief-hole分流孔径（mm）工作载荷（kN）实际行程（mm）填充情况205079.8*'18齿轮上角部未充满，分流孔先闭合25645122填充较好，上角部有圆角，分流孔刚好闭合304122*'27充填不好，分流孔未闭合*1分流孔提前闭合，心部金属重叠导致网格发牛畸变，零件为次品*2出现了双鼓现象，金属重叠导致网

5、格发牛畸变，零件为次品从表中可以看岀，在模拟过程中，分流孔径为20nun的毛坯由于分流孔在齿形填充前就已经闭合，从而造成心部金属重叠导致网格发牛畸变，模拟过程在齿轮上角部未充满的情况下就退出了计算，这说明分流孔径为20mm的毛坯没有实现分流作用。而对于孔径为25mm的毛坯，中心孔在毛坯进入填充阶段以后才闭合，分流作用能体现出来。孔径为30nim的毛坯由于壁厚太薄，出现了双鼓现象，金属重證导致网格严重畸变，模拟过程没能完成。a）孔径为f20mm（b）孔径为f25mm(c)孔径为f30mm图3等效应变图Fig.3effect

6、ivestraindistribution图3为等效应变分布图，从图中可以看出，孔径20nnn和25mm毛坯的等效应变表现基本相同，表层的等效应变略大于内部的，说明这两种毛坯的金属向内流动和向外填充齿形的趋势较一•致，而孔径30mm毛坯的内孔等效应变大于外圈，说明这种毛坏向齿腔填充的效果不好。3种毛坯傲粗引起的内孔收缩不一•样，在齿形还没有较好填充时内孔为f20mm毛坯的孔径基本闭合，内孔为f30mm的毛坯内孔收缩快于外圈填充，而孔径25mm的毛坯则是内孔收缩和齿形填充较好地同步进行。不同孔径毛坯的力一行程曲线如图4所示

7、。图4力-行程曲线Fig.4theload-strokecurvesofdifferentrelief-holediameter从图4可以看出，3条曲线的走势基本相同，在刚开始阶段上升得比较快，行程大于3mm以后曲线比较平缓，工作载荷高于3000RN以后曲线就开始急剧上升。但是细节上各有不同:孔径为f20mm的毛坏由于内孔收缩较快，所以载荷在较小行程时就急剧上升;而孔径为f30mm的毛坯则是山于内孔收缩较慢，载荷迟迟没有进入陡升阶段。孔径为f25nini的毛坯曲线刚好介于其他两条曲线之中。在曲线的最后阶段，由于孔径为f2

8、0mm的毛坯内孔提前闭合和孔径为f30mm的毛坯壁厚太薄出现双鼓现象使得模拟未能完成，而造成曲线不完整。孔径为f25mm毛坯的内孔收缩和齿形填充较为协调一致，齿形境充完全时内孔刚好闭合，使得模拟得以完成；同时力-行程曲线在陡升的最后阶段述开始变得平缓，分流作用得到了休现，但作用不很明显，相对无分流孔成形，载荷仅降低了