高速精密冷滚打成形技术研究博士论文

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1、西安理工大学博士学位论文高速精密冷滚打成形技术研究姓名：崔凤奎申请学位级别：博士专业：机械工程指导教师：李言20070901摘要论文题目：高速精密冷滚打成形技术研究学科专业：机械工程博士生：崔凤奎指导教师：李言教授篡络签名：2：；净蝼玄，高速精密冷滚打成形技术是利用会属塑性成形的特点，采用高速旋转的滚打轮对毛坯进行滚压和打击强迫会属流动，形成零件廓形的一种净成形加工方法。渐丌线花键冷滚打技术是一种无屑复杂塑性成形技术，其基本原理是在滚打轮和花键轴运动关系中，滚打轮以连续、高速的方式单点击打花键轴，使花键轴局部塑性变形形成渐开线花键。本文针对渐开线

2、花键的冷滚打成形过程进行研究，以形成高速精密冷滚打成形的共性关键技术，从而形成一种无切屑、高效率、高质量的绿色制造技术。本文以理论分析与试验技术相结合的方法，在深入分析渐开线花键冷滚打技术基本原理的基础上，对渐开线花键冷滚打过程进行了分析，重点研究了渐开线花键冷滚打运动系统及数学模型、渐开线花键冷滚打过程的动态响应及其应力波；揭示了渐开线花键冷滚打过程中的金属流动规律和变形机理：在分析滚打轮的设计和制造技术的基础上，开发了滚打轮CAD系统和滚打轮磨削仿真系统；对研究成果进行了试验验证。分析了渐开线花键冷滚打的原理及运动关系，得出连续分度冷滚打花键

3、时，滚打轮与工件之间的传动关系式；提出了滚打轮安装角调整方法及关系方程，建立了安装角的计算模型，解决了花键连续分度冷滚打过程中不可避免的干涉现象，并讨论了安装角对花键精度的影响规律，从而给出了一种安装角优化选取方法。建立了渐开线花键连续冷滚打的系统坐标系；基于空间啮合原理，构造了连续分度冷滚打运动模型，提出了一种冷滚打渐开线花键齿廓误差的计算方法，并分别从运动关系、啮合原理、齿廓成形运动、啮合函数等方面对花键的成形原理进行了分析，揭示了渐丌线花键冷滚打成形方法为范成法的本质。以此为基础，建立了滚打轮设计的数学模型。建立了渐开线花键冷滚打运动系统三

4、维实体模型，以应力波理论为基础，建立了花键冷滚打的应力波模型及花键冷滚打成形中应力波的传递规律，获得了应力波的波速，并通过仿真验证，揭示了应力波对花键冷滚打成形的影响机理；根据弹塑性线性强化系统动态响应理论，建立了弹塑性线性强化系统动态响应的数学模型，利用该模型对渐丌线花键冷滚打过程的动态响应进行了分析，分析了不同冷滚打速度和不同应变率条件下应力响应变化情况和变形情况。建立了花键冷滚打大变形动态本构模型；通过有限元方法，对花键成形过程、不同时刻的应力分布、应力随时『日J的变化过程、不同时刻的应变分布、塑性应变随时问的变化过程、齿形误差、成形尺寸、

5、弹性变形及摩擦对花键冷滚打成形的影响等的分析，给出了花西安理工大学博士学位论文键冷滚打过程的会属流动最小阱l／J定仆；揭示了渐丌线花键冷滚打成形的机娜，试验结果验证了分析模型和方法的IF确性。研究了滚打轮设计平¨制造技术；分析了滚打轮设计原则、滚打轮数学模型弹忭修IF、滚打轮材料优化、滚打轮的热处耻技术，给出了滚打轮CAD算法及磨削仿真算法，构建了渐丌线花键滚打轮CAD系统的总体框架，丌发了渐丌线花键滚打轮CAD系统，实现了滚打轮设计的参数化；建立了磨fIiIJ滚打轮的砂轮廓形和砂轮廓形圆心的运动轨迹方程，Jr发了渐开线花键滚打轮磨削仿真系统，解

6、决了渐开线花键滚打轮磨削时因其廓形复杂、精度要求高等因素难于磨削的难题。应用结果表明滚打轮的设计及制造方法是正确的。关键词：高速冷滚打渐丌线花键成形本论文的研究得到了国家自然基金项目“切削挤压复合成形过程机理及精密控制方法研究(项目编号：50475039)”，省自然基金项目“渐开线花键滚打轮设计理论和计算机仿真(项目编号：994041800)”和省教育厅攻关项目“渐开线花键冷滚打关键技术研究(项目编号：200610464002)”的资助。II垒堕竺!一Title：STUDYOFHIGH．SPEEDPRECISEFORMINGWITHCOLDROL

7、L．BEATINGTECHNIQUEMajor：MechanicalEngineeringName：FengkuiCUISupervisor：Prof．YanLIAbstractSignature：High-speedprecisecoldroll-beatingtechniqueisthenetformingprocessingmethodthatthecharacteristicofmetalplasticformingisused，toprevolvingrollerisappliedtorollandbeatblankshaR，thenf

8、orcemetaltoflowandformcomponentprofile．Coldroll-beatingformingtechni