直齿锥齿轮冷摆辗宏观变形与微观组织研究

摘要

直齿锥齿轮是传动系统中的重要零件，在汽车、船舶、航空、航天、机械、化工等众多领域中用量极大。随着工业领域的迅速发展，对直齿锥齿轮的性能要求日益提高，传统机械加工技术无法满足直齿锥齿轮的性能要求。冷摆辗是一种先进的齿轮精密塑性成形新技术，它具有显著的节能节材、降低生产成本、提高生产率等优点，而且还显著地改善了齿轮内部组织和力学性能，可使齿轮的使用寿命得到大幅度的提高。然而，直齿锥齿轮冷摆辗是一个多因素耦合作用下的复杂成形过程，其宏观变形与微观组织演化规律十分复杂。因此，本文采用有限元模拟和物理实验相结合的研究方法，系统研究了直齿锥齿轮冷摆辗成形过程中宏观变形与微观组织分布规律。
　　应用DEFORM-3D三维有限元模拟软件，建立了直齿锥齿轮冷摆辗预成形-终成形有限元模拟模型。通过有限元模拟计算，研究了直齿锥齿轮冷摆辗预成形-终成形过程中坯料等效应变场、速度场、损伤因子值的分布和演变规律以及轴向载荷的演变规律。进一步分析了工艺参数（摆头转速、下模进给速度、摆角和摩擦因子）对直齿锥齿轮冷摆辗成形过程中几何形状、不均匀性变形程度、损伤和轴向载荷的影响规律，并对工艺参数进行了合理的优化。在此基础上，开展了直齿锥齿轮冷摆辗成形物理实验，对比分析了物理实验与有限元模拟结果，验证了所得优化工艺参数的可靠性。
　　通过直齿锥齿轮冷摆辗物理实验，全面揭示了冷摆辗直齿锥齿轮晶粒、碳化物、织构、显微硬度的分布规律。在上述研究的基础上，揭示了冷摆辗直齿锥齿轮宏观塑性变形和微观组织分布之间的关联机制。
　　通过冷摆辗直齿锥齿轮渗碳淬回火热处理实验，揭示了热处理后的冷摆辗直齿锥齿轮晶粒、组织和显微硬度分布规律。
　　本文研究结果为直齿锥齿轮冷摆辗几何精度与组织性能协同控制提供了重要的理论依据。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 前言

1.2 冷摆辗工艺原理及特点

1.3 摆辗工艺研究进展

1.4 渗碳淬回火研究现状

1.5 课题的来源、目的和意义

1.6 本课题的主要研究内容和技术路线

1.7 本章小结

第2章 直齿锥齿轮冷摆辗宏观塑性变形规律

2.1 引言

2.2 直齿锥齿轮冷摆辗两步成形有限元模型构建

2.3直齿锥齿轮冷摆辗预成形宏观变形规律

2.4 直齿锥齿轮冷摆辗终成形宏观变形规律

2.5 本章小结

第3章 工艺参数对冷摆辗终成形的影响规律

3.1 引言

3.2 模拟方案设定

3.3 工艺参数对直齿锥齿轮几何形状的影响规律

3.4 工艺参数对直齿锥齿轮变形不均匀性的影响规律

3.5 工艺参数对直齿锥齿轮损伤因子值的影响规律

3.6 工艺参数对成形所需轴向载荷的影响规律

3.7 直齿锥齿轮冷摆辗实验

3.8 本章小结

第4章 冷摆辗直齿锥齿轮微观组织分布规律

4.1 引言

4.2 实验材料及方法

4.3 实验结果分析

4.4 本章小结

第5章 冷摆辗直齿锥齿轮热处理微观组织研究

5.1 引言

5.2 实验材料及方法

5.3 实验结果分析

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间获得的科研成果