弧齿锥齿轮齿面精锻成形技术研究

摘要

弧齿锥齿轮因齿面节线为曲线而得名，具有传动时局部瞬时点接触、啮合重合度大、传动平稳等优点。弧齿锥齿轮传统的加工方式为铣齿加工，加工效率低，材料利用率低，而精锻成形工艺对于发展高效、绿色、轻量化设计具有重要意义，解决了大批量生产过程中的质量及成本控制问题。针对弧齿锥齿轮大轮齿面的冷挤压净成形工艺，本文的主要研究内容如下：
　　1根据局部共轭原理，齿面接触仿真与预控技术，保证齿轮副具有良好的齿面啮合性能，得到大小轮的齿面点数据，构造出齿面片。由基本的几何参数得到毛坯模型，通过建模里的求差命令得到大轮模型，以此建立凹模模型。
　　预锻模具齿面的合理修形将直接影响冷挤压锻件的齿面精度，通过改变铣齿刀盘的直径，在保证几何参数不变的前提下，改变齿长曲率半径，对齿面进行修形，由此可得到一组预锻鼓形齿腔的凹模，为有限元模拟成形过程做准备。
　　2本文拟采取的加工组合为：弧齿锥齿轮大轮的齿面由热锻近净成形-冷挤压净成形两次加工，小轮齿面采用常规展成法配对铣齿成形工艺。针对弧齿锥齿轮结构的特殊性，对可行性方案进行探讨，主要针对齿腔金属的填充性和成形后能否顺利出模展开研究。基于闭式模锻成形原理，对坯料的形状体积和模具的结构进行优化设计。
　　3通过 DEFORM-3D软件对弧齿锥齿轮大轮进行热锻近净成形-冷挤压净成形的过程模拟分析，设置模拟环境，材料属性及运动关系，在齿面存在回弹变形的条件下，分析出模的可行性及找到干涉点。在保证齿面金属充满模具型腔的基础上，通过对预锻齿面的修形，改变金属流线方向，降低冷挤压力，提高齿面的光洁度。
　　4通过进行实际热锻近净成形-冷挤压净成形试验，对成形工艺及模具修形的方案进行验证，论述了通过对热锻模齿腔的修形，改变金属流向的方法，对于解决弧齿锥齿轮冷挤压净成形齿面精度的优越性。根据凹模的结构特点，提出了齿根圆角修形的工艺方案，解决了出模干涉的问题。由试验样件外观及精度检测结果可以看出，锻件齿形饱满，形状准确，表面光洁度好，无明显缺陷。
　　本文围绕弧齿锥齿轮大轮的齿面冷挤压净成形工艺，开展了相关理论研究和试验研究，本文的研究为弧齿锥齿轮高效、绿色制造的理论和工艺实践奠定了基础。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 主要研究内容

第2章 弧齿锥齿轮精锻成形的工艺分析

2.1 弧齿锥齿轮精锻成形的特点

2.2 弧齿锥齿轮精锻的可行性分析

2.3 闭式模锻的成形过程介绍

2.4 锻模设计

第3章 精锻弧齿锥齿轮三维模型的建立

3.1 精锻弧齿锥齿轮模型的建立

3.2 冷挤压齿面的修形

3.3 本章小结

第4章 基于DEFORM的弧齿锥齿轮精锻成形模拟分析

4.1 DEFORM-3D软件的介绍

4.2 DEFORM-3D软件的模块结构

4.3 有限元模型的建立

4.4 弧齿锥齿轮热锻近净成形出模分析

4.5 鼓形齿对冷精整过程中锻压力的影响

4.6 本章小结

第5章 弧齿锥齿轮精锻成形试验研究

5.1 精锻试验过程

5.2 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果