杯形薄壁梯形内齿旋压成形方法及试验研究

摘要

杯形薄壁内齿轮旋压成形是齿轮近净成形的一项新技术,目前齿轮旋压技术逐渐成为齿轮制造领域一个新颖的研究课题。 本文针对杯形薄壁梯形内齿轮旋压成形方法进行了数值模拟和试验研究。 本文对有限元模拟基础理论进行了阐述,在MSC..MARC软件中建立了杯形薄壁梯形内齿旋压有限元模型。对模拟中的网格划分、材料本构模型的确立、摩擦及接触模型的建立等关键技术进行了探讨。 内齿旋压成形工艺对内齿件质量存在重要的影响。在成形过程中,由于一部分毛坯(轮齿部分)增厚、另一部分金属(齿槽部分)减薄,导致杯形内齿轮旋压件易出现齿高沿轴向分布不一致、轮齿周向填充不均匀以及波浪状杯口等问题。本文对梯形内齿旋压成形缺陷产生的机理进行了分析,提出了采用错距旋压工艺、在成形过程中改变主轴转向和增加轴向挡圈等措施来减轻或消除上述缺陷。利用MSC.MARC软件对不同旋压成形方法对内齿旋压过程的影响进行了数值模拟,并在此基础上提出梯形齿芯模结构的改进方案,在使用改进后的新型梯形齿芯模基础上,对道次压下量、进给比f、旋轮型面等旋压工艺参数对内齿轮旋压过程的影响进行了有限元分析。 以杯形薄壁梯形内齿旋压成形的数值模拟分析结果为指导,使用HGPX-WSM型多功能卧式数控旋压机,结合试验条件设计工艺试验方案。研究了道次压下量、进给比、旋压方式及旋轮型面对齿形填充的影响规律。将试验结果与数值模拟结果相对比,结果表明模拟结果与试验结果吻合良好。 最后,对工艺试验得到的零件进行质量评价,分析试验中出现的典型缺陷并提出预防措施。 本文的研究获得了国家自然科学基金项目“杯形薄壁内啮合直齿圆柱齿轮旋压成形机理及应用研究”(50475097)、广东省自然科学基金面上重点项目“杯形薄壁内啮合齿轮旋压成形机理及应用研究”(04105943)及广东省科技计划项目“齿轮制造业以旋压代替切削的关键工艺与装备技术研究及应用”(2006B11901001)的资助。 本文为齿轮旋压技术的进一步研究和应用提供了理论基础,为杯形薄壁内啮合梯形齿轮旋压工艺的实际生产提供了良好的工艺指导,积累了实际加工经验。因此,本文具有十分重要的科研意义和应用价值。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2旋压工艺的特点及应用

1.3数值模拟技术在旋压工艺中的应用

1.4旋压工艺在齿轮制造技术应用的国内外发展现状

1.5课题的研究背景、目的及意义

1.6课题研究内容

1.7本章小结

第二章有限元的基本理论及齿轮旋压的力学模型建立

2.1引言

2.2有限元法的基本理论

2.2.2弹塑性分析

2.2.3有限元的基本方程

2.3齿轮旋压的力学模型建立

2.3.1力学模型的建立

2.3.2接触分析

2.3.3摩擦模型

2.3.4模拟分离

2.4本章小结

第三章杯形内齿旋压成形方法的有限元分析

3.1引言

3.2杯形内齿轮旋压成形工艺缺陷及改进措施

3.2.1齿高沿轴向填充不均匀缺陷机理及改进措施

3.2.2轮齿沿切向填充不均匀缺陷机理及改进措施

3.2.3波浪形齿顶缺陷机理及改进措施

3.3主要工艺参数对内齿轮旋压过程的影响

3.3.1道次压下量对内齿轮旋压过程的影响

3.3.2进给比对内齿轮旋压过程的影响

3.3.3旋轮型面对内齿轮旋压过程的影响

3.4本章小结

第四章杯形薄壁梯形内齿旋压工艺试验研究

4.1引言

4.2材料性能试验

4.3单道次旋压拉深制坯

4.3.1旋轮与芯模间隙δ对杯形件拉深旋压的影响

4.3.2旋轮进给比f对杯形件拉深旋压的影响

4.4芯模的结构改进

4.5主要工艺参数对齿轮旋压过程的影响

4.5.1道次压下量对齿轮旋压过程的影响的试验研究

4.5.2旋轮进给比对齿轮旋压过程的影响的试验研究

4.5.3旋压方式及旋轮型面对内齿轮旋压过程影响的试验研究

4.6本章小结

第五章杯形薄壁梯形内齿旋压成形质量和缺陷分析

5.1引言

5.2杯形薄壁梯形内齿旋压件力学性能的变化

5.2.1主轴正反转对内齿轮旋压件布氏硬度变化的影响

5.2.2错距旋压方式对内齿轮旋压件布氏硬度变化的影响

5.2.3旋压工艺对工件抗弯曲强度的影响

5.3内齿工件缺陷分析

5.4样件的试制

5.5本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢