可轴向振动挤压模体齿轮精密成形数值模拟研究

摘要

直齿圆柱齿轮是汽车及机械行业中应用极为广泛的重要传动零件，其形状复杂，材质、尺寸精度、表面质量及综合机械性能均要求很高。本文以直齿轮冷锻成形作为研究对象，开展直齿轮冷锻成形工艺与成形过程的数值模拟研究，对于丰富和发展冷锻成形工艺理论与技术，提高直齿轮零件冷精锻成形工艺设计水平和成形件质量，具有重要意义。 齿形填充不满和成形力过高是齿轮闭式冷锻方案的主要缺陷。型腔壁对于坯料的摩擦阻力是影响金属流动的主要因素之一，通过变摩擦阻力为动力可以改善金属的塑性流动。本文分析了国内外圆柱直齿轮精密塑性成形的研究现状，根据直齿圆柱齿轮成形的特点，在浮动凹模工艺的基础上提出了可轴向振动挤压模体直齿圆柱齿轮成形工艺。 利用三维造型软件UG对零件及模具进行造型，得到可轴向振动挤压模体直齿圆柱齿轮成形的模具及零件模型，为成形工艺有限元模拟分析提供了依据。基于刚塑性有限元理论，建立了直齿圆柱齿轮可轴向振动成形的有限元分析模型。基于DEFORM-3D有限元模拟软件，应用三维刚塑性有限元算法对直齿圆柱齿轮成形过程进行了模拟分析，得出变形中金属的流动状态和等效塑性应力应变分布规律，齿轮成形过程及等效应力-应变用图形、曲线直观表示出来，获得了齿轮成形金属变形规律。 模拟研究结果表明，采用可轴向振动挤压模体冷锻新工艺，可以促使金属更容易流进型腔角部，使直齿轮角部填充完整，并且明显可以降低最后阶段的成形载荷力。同时通过改变可轴向振动挤压模体的周期和振幅来分析工艺参数对于直齿圆柱齿轮成形的影响，并对比在不同参数下成形载荷力随时间变化的曲线图，找到一组合适的工艺参数。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1精密成形技术

1.2冷挤压精密成形技术

1.2.1冷挤压精密成形技术概括

1.2.2冷挤压的基本类型

1.2.3冷挤压与其他加工工艺相比的优缺点

1.3冷挤压精密成形技术发展现状及趋势

1.4圆柱直齿轮精密塑性成形概况

1.4.1圆柱直齿轮精密塑性成形理论研究

1.4.2圆柱直齿轮精密塑性成形工艺研究

1.5模拟加工工艺分析模型

1.6论文选题的意义及其研究内容

1.6.1课题的提出及意义

1.6.2本文的主要研究内容：

1.7本章小结

第2章齿轮成形的有限元方法和模拟软件简介

2.1引言

2.2.有限元的分类

2.3齿轮成型的有限元基本理论

2.3.1刚塑性变形理论的基本方程及边值条件

2.3.2理想刚塑性材料的变分原理

2.3.3刚塑性材料不完全广义变分原理

2.3.4塑性边界条件及其泛函

2.4有限元模拟分析工具

2.4.1 DEFORM简介

2.4.2 DEFORM的系统结构

2.4.3 Deform 3D冷挤压工作流程(冷挤压)

2.5本章小结

第3章可轴向振动挤压模体齿轮成形原理

3.1分流减压原理及方法

3.1.1分流基本原理

3.1.2分流基本方法

3.2可轴向振动挤压模体成形原理

3.3可轴向振动挤压模体成形工艺

3.4本章小节

第4章三维数值模拟实施中的关键问题处理

4.1几何建模与模型转换

4.1.1直齿轮的三维参数化设计

4.1.2UG/Gear Wizard模块介绍

4.1.3三维几何模型的建立

4.2材料性能的施加

4.3摩擦边界条件

4.4刚性区的处理

4.5网格单元的自动生成和重新划分

4.6模拟步长和模拟步数的设定

4.7迭代控制与收敛

4.8本章小节

第5章可轴向振动挤压模体精锻的数值模拟

5.1引言

5.2可轴向振动挤压模体圆柱直齿轮的有限元的建立

5.2.1直齿圆柱齿轮的几何参数

5.2.2齿轮及模具三维造型立体图

5.2.3齿轮材料的流动应力模型

5.2.4可轴向振动挤压模体工艺参数的选择

5.3可轴向振动挤压模体成形过程的数值模拟及分析

5.3.1直齿圆柱齿轮成形过程的数值模拟及流动规律分析

5.3.2可轴向振动挤压模体振幅和周期对成形的影响

5.4本章小节

第6章总结和展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文