直齿圆柱齿轮冷精锻成形工艺及成形范围的研究

摘要

直齿圆柱齿轮是机械传动主要形式之一，其广泛应用于各种机械设备中。直齿圆柱齿轮工作时具有承载能力大、使用寿命长，结构紧凑等特点，因此对于齿轮成形时应力分布和充填质量的要求很高。而通过冷精锻生产的直齿圆柱齿轮，其金属流线沿齿形连续分布，可以满足齿轮内部应力和齿形完整的要求。
　　但在齿轮冷精锻成形中，成形载荷过大和齿形填充不足是其最主要的问题。多数学者针对此问题提出浮动凹模成形，分流成形以及空心毛坯闭式镦锻—空心分流一模两击式直齿圆柱齿轮冷闭式镦挤等工艺。关于直齿圆柱齿轮在何种条件下可以冷精锻成形的问题，多数根据的是以往的经验，并没有准确的量化关系，即直齿圆柱齿轮在冷精锻成形时的成形范围尚未明确。另外，模具极限载荷对齿轮成形厚度方面的影响也较为模糊。直接采用模具试验的方法显然成本太高，难度也太大。因此，通过有限元数值模拟技术，可以直观的预测成形过程中金属的流动规律，应力应变等分布规律，从而缩短了研制周期并减少了材料的浪费。
　　本课题针对模数为2的直齿圆柱齿轮为例，通过空心毛坯闭式镦锻—空心分流一模两击式镦挤工艺——第一击进行带活动芯轴环形坯料的镦挤预锻，第二击进行无芯轴分流终锻的一模两击式成形工艺，利用有限元模拟软件DEFORM-3D对直齿圆柱齿轮的成形过程进行了数值模拟，分析了齿形充填情况和成形载荷的关系，从而验证了空心毛坯闭式镦锻—空心分流一模两击式工艺方案的可行性，并探究了此工艺成形过程中金属的流动规律和成形时齿轮分流孔的临界点。通过大量的模拟数据分析，得到了在模具极限载荷范围内直齿圆柱齿轮的理论成形范围曲线，为直齿圆柱齿轮的实际生产提供可行性参考。
　　同时通过大量的模拟现象，优化得出直齿圆柱齿轮在空心毛坯闭式镦锻—空心分流一模两击式镦挤工艺时毛坯体积的计算公式，对于实际生产中提高材料的利用率有很大的意义。

目录

符号表

第1章 绪论

1.1 前言

1.2 国内外研究现状

1.3 有限元法理论基础

1.4 DEFORM软件简介

1.5 课题研究对象、目的意义

1.6 课题研究主要内容

第2章 直齿圆柱齿轮冷精锻工艺分析

2.1 直齿圆柱齿轮概述

2.2 直齿圆柱齿轮冷精锻成形工艺分析

2.3 本章小结

第3章 有限元数值模拟分析

3.1 有限元模型的建立

3.2验证冷精锻工艺的可行性

3.3 直齿圆柱齿轮冷精锻分流工艺优化分析

3.4 探究冷精锻工艺中金属的流动规律

3.5 本章小结

第4章 模数为2的直齿圆柱齿轮冷精锻理论成形范围的研究

4.1 直齿圆柱齿轮成形范围曲线的意义

4.2 制定有限元模拟方案

4.3 探究直齿圆柱齿轮冷精锻成形时分流孔的临界点

4.4 模数为2的直齿圆柱齿轮冷精锻理论成形范围二维曲线的研究

4.5 模数为2的直齿圆柱齿轮冷精锻成形范围三维曲线的研究

4.6 直齿圆柱齿轮冷精锻毛坯体积的计算方法

4.7 本章小结

第5章 结论

参考文献

缩略语词汇表

附录A 数值模拟图表数据

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果