(11428)锥齿轮高频颤振冷挤压数值模拟及模具设计

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1、锥齿轮高频颤振冷挤压数值模拟及模具设计孟彬，陈鑫，潘隽，杨庆华*（特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省重点实验室（浙江工业大学），浙江杭州310014）摘要：本文提出一种锥齿轮高频颤振挤压的成形方式，并设计其成形工艺。通过Deform软件对成形过程进行数值模拟仿真，比较了颤振挤压与传统挤压的变形力、速度场及应力场。结果显示，冲头载荷与传统成形方式相比降低约50%，效果显著；应力状态更为均匀、成形件力学性能优异；齿轮最终成形效果好，齿形饱满。根据设备要求，设计高频颤振发生器，并设计出相应的挤压模具。关键词：锥齿轮颤振挤压数值模拟模具设计中图分类号：TG3

2、76.3文献标识码：A文章编号：Numericalsimulationanalysisanddiedesignofcoldextrusionformingwithhigh-frequencyvibrationforbevelgearMENGBin，CHENXin，PANJuan，YANGQing-hua(KeyLaboratoryofE&M(ZhejiangUniversityofTechnology),MinistryofEducation&ZhejiangProvince,310014)Abstract:Thecoldextrusionformingw

3、ithhigh-frequencyvibrationforbevelbearwasputforward,andit'stechnologicalmeasureswasalsodesigned.Numericalsimulationisusedtoanalysisthewholeextrusionprocess，comparingtheformingpress、velocityfieldandstressfieldtotheconventionalextrusionformingwithDeform.Theresultisobtainedthatthepun

4、chloadisreducedabout50%,whichissignificant;andthestressfieldismoreuniform,thusthemechanicalpropertyisbetter;thefinalshapeisperfect.Finallythegeneratorofhighfrequencyandtheextrusiondiearedesignedaccordingtotheequipmentrequirements.Keywords:bevelgear;vibrationextrusion;numericalsimu

5、lation;diedesign相比传统的机械加工，冷挤压成形具有效率高、具之间的摩擦状态以及减小挤压力，从而达到减摩[1]材料消耗少、成形件力学性能好等诸多优点，因降载的目的。此外，由于振幅微小，亦不会影响成此冷挤压技术已被广阔应用于工业生产中。然而，形件的尺寸精度。由于材料的高流动应力以及坯料与模具之间的摩1.锥齿轮挤压工艺擦力，使得挤压力大大增加，这对于挤压设备以及模具寿命有了更高的要求。本文采用的锥齿轮零件如图1所示。该齿轮大[2]F.Blaha和B.Langenecker在1955年首次提端模数2.5mm，齿数22，齿形角为20º，采用45出了

6、附加的超声振动能减小单晶体锌塑性变形时号钢。的变形抗力。此后，世界各国的许多学者对振动在金属塑性加工中的应用展开了广泛深入的理论与182093.[3-4]实验研究。迄今为止在线材、管材和异型材料的3.2拉拔、金属材料的冲孔、剪切、精压、轧制等方面[5-7]17°15.32°02.07382都进行过振动加工的试验。受此启发，本文将202.3+009.39.52高频颤振技术引入锥齿轮冷挤压成形中，高频颤振18.69°φφφ有利于零件成形时的材料流动，并能改善金属与模A6.32.9421.8891.20.02A收稿日期：2011-12-6；修订日期：作者简介

7、：孟彬（1979-），男，硕士，讲师；*通讯作者图1锥齿轮零件图电子信箱：bin_meng@zjut.edu.cnFig.1Drawingofbevelgear图1中的欲成形锥齿轮结构复杂，周向小模数从而简化数值模拟的模型，提高数值模拟的计算速齿形、齿轮大端倒角和小端凹陷加大了成形难度。度。几何模型简化如图4所示，模型选取1个齿形，为了提高凸模强度，通常凸模压头平整或者中部较即1/22模型用于数值模拟仿真。为突出，图中大端倒角设计对凸模的设计要求较高，结构较复杂，同时降低凸模强度；齿轮小端凹陷使得外围尖角突出，冷精锻成形困难。若不对此成形1件做一些适合冷精

8、锻加工的改动，凸模设计将变得2复杂，为了成形饱满的小端尖角，加工过