档位齿轮坯精锻成形的数值模拟研究及工艺优化

摘要

档位齿轮坯是一个中心对称的圆饼类锻件，是机动车变速箱重要的传动部件。相对于常见的直齿轮坯，斜齿轮坯，锥齿轮坯等，心部与外圆连接处的筋部齿形深而窄，且对零件的强度和疲劳寿命，位置精度有较高的要求，所以它是一种难度系数介于常见齿轮坯和齿轮之间的锻件。随着我国机械装备行业的蓬勃发展，对齿轮的需求量越来越大，质量要求要求也越来越高，然而我国企业由于发展的不均衡性，导致产品质量参差不齐，普遍存在的质量缺陷如:折叠，刮料，充不满，位置精度低等成为了制约我国齿轮精锻技术的发展和普及的主要因素。
　　目前档位齿轮坯的比较成熟的精锻成形工艺有两种：一种是开式精锻，一种是闭式精锻。开式精锻是发展较早的精锻技术，但由于工序繁多，产生大量飞边，材料利用率低，能耗大等而逐步被闭式精锻所取代，闭式精锻不但材料利用率高，而且设备吨位较低，能耗较小，成形质量好。然而多数企业的技术人员仍是以一些成熟的经验作为设计准则，试模周期较长，成本较高，耗能较大，而且不能综合考虑成形缺陷形成的各个因素，造成设计结果与实际情况相差甚远，从而给企业带来了严重的经济损失。
　　本文以重庆秋天齿轮有限公司生产的某三档档位齿轮坯为研究对象，经过深入研究该锻件原始工艺方案的成形缺陷，利用分流原理提出了分流工艺方案，制定了预终锻锻件图，设计了两套分流模具结构，预锻圆形分流上模和凹槽的分流下模（弧形凹槽和带斜度凹槽），利用DEFORM-3D软件建立了有限元模型对原始工艺方案和分流成形工艺方案过程进行数值模拟，分析对比两个工艺方案的优缺点。对原始方案的模具结构工艺参数如拔模斜度，圆角半径，凸台高度等进行了优化设计，优化后的方案锻件筋部齿形成形效果良好，且预终锻成形载荷较原始方案分别降低了约40％和20%。通过在300吨曲柄摩擦压力机上预锻成形，在400吨曲柄摩擦压力机上终锻成形进行生产试制，结果表明不仅缺陷得到消除，而且位置精度也达到设计要求，产品合格率高，验证了优化后分流工艺方案的可行性。
　　通过本课题的研究，把档位齿轮坯精锻成形过程与塑性有限元技术、数值模拟仿真分析技术有效的结合，研究了档位齿轮坯精锻成形工艺参数对实际生产中的折叠，刮料，充不满等缺陷影响规律以及分流原理应用对成形载荷的优化。解决了档位齿轮坯闭式精锻成形中的关键技术难点。本课题研究还对其他圆饼类锻件闭式精锻成形提供技术支持和设计依据。

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目录

1绪 论

1.1引言

1.2精密模锻成形技术

1.3国内外齿轮精密模锻成形工艺发展趋势及研究现状

1.4课题背景

1.5研究目的、内容及意义

2档位齿轮精锻有限元模型及数值模拟分析

2.1引言

2.2刚粘塑性有限元基本理论

2.3原始方案锻件图和三维模具图

2.4有限元分析模型的建立和工艺优化

2.5档位齿轮坯原方案成形过程数值模拟分析

2.6本章小结

3原始工艺方案成形缺陷的研究与优化

3.1引言

3.2档位齿轮坯原方案成形过程的场强分析

3.3锻件主要缺陷产生的机理分析及优化

3.4模具结构参数对缺陷的影响分析及优化

3.4本章小结

4分流工艺方案设计及数值模拟对比分析

4.1引言

4.2分流工艺优化方案

4.3两种方案数值模拟结果对比

4.4本章小结

5生产试验验证

5.1引言

5.2模具制造

5.3生产设备选取及工艺流程

5.4生产试制与数值模拟结果的对比

5.5本章小结

6结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录