直齿圆柱齿轮冷挤压成形工艺及其摩擦润滑特性研究

摘要

直齿圆柱齿轮作为载重汽车中常见的传动零件，市场需求量巨大，一般采用切削加工方法制造。随着精密塑性成形工艺的发展，直齿圆柱齿轮的生产也越来越多的采用这种近净成形的方法制造，采用冷挤压成形工艺来制造直齿圆柱齿轮，不但得到的齿轮成形质量高，综合使用性能高，而且该方法生产效率高、材料利用率高，因此采用冷挤压成形工艺制造直齿圆柱齿轮具有广阔的应用前景。在冷挤压成形工艺中，由于模具和坯料接触面上的压力巨大，接触面上的摩擦对挤压零件的成形质量和模具的使用寿命影响重大，合理的润滑措施显得尤为重要，因此对冷挤压用润滑剂进行研究具有重大的意义。
　　本文以某载重汽车用大模数直齿圆柱齿轮为研究对象，针对该齿轮的结构特点，提出了冷挤压成形工艺，并结合有限元分析和数学方法对齿轮的冷挤压成形工艺进行了分析，然后再利用摩擦磨损试验和白光共聚焦扫描对新型纳米TiO2润滑剂进行研究，论文主要内容如下：
　　①根据该直齿圆柱齿轮的结构特点，结合直齿轮的通用成形工艺的优缺点,选择冷挤压工艺作为该大模数直齿轮的成形方法，并通过DEFORM-3D软件对直齿圆柱齿轮冷挤压成形进行数值模拟，分析该零件在冷挤压成形过程中的相关规律。
　　②研究分析了冷挤压过程中主要工艺参数对直齿轮成形质量和成形载荷的影响规律，并提出采用数值模拟和实验设计相结合的方式，基于响应面优化法，以成形载荷、齿顶塌角量和下端面外凸作为优化目标，对主要工艺参数进行多目标优化设计，得出最佳工艺参数组合,并进行了工艺验证试验。
　　③通过对塑性成形中润滑理论和现有的纳米颗粒的润滑机理研究，采用物理分散和化学分散的方法对纳米TiO2粒子的稳定分散进行了探索，初步取得了较好的分散效果，并完成了纳米TiO2润滑剂的制备，通过摩擦磨损试验和白光共聚焦扫描对摩擦副表面形貌的观察表明该润滑剂具有较好的润滑性能。

目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 直齿轮精密塑性成形工艺研究现状

1.3 冷挤压成形的摩擦润滑研究现状

1.4 本文的研究意义

1.5 本文的主要研究内容

1.6 本章小结

2 直齿轮冷挤压数值模拟及分析

2.1 引言

2.2 直齿轮的工艺分析

2.3 有限元模型的建立

2.4 模拟结果分析

2.5 本章小结

3 冷挤压成形工艺参数的多目标优化

3.1 引言

3.2 齿轮冷挤压成形工艺参数对成形质量影响的数值模拟分析

3.3 基于响应面法的优化方法介绍

3.4 工艺实验方案设计和模型建立

3.5 齿轮挤压工艺参数优化与验证

3.6 本章小结

4 冷挤压成形中的润滑剂研究

4.1 引言

4.2 冷挤压过程中的摩擦与润滑

4.3 新型润滑剂的制备

4.4 润滑剂的性能测试

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献