载重汽车用直齿圆柱齿轮冷挤压模具强度及寿命研究

摘要

齿轮是汽车与机械领域最常见的传动部件，绝大部分汽车与设备主要传动部件都采用的是齿轮传动，直齿圆柱齿轮是齿轮传动中应用最为广泛的一种齿轮。直齿圆柱齿轮的加工方式目前主要采用传统的切削加工，这不仅耗费工时，材料利用率低，成本也较高。在目前激烈的市场竞争之下，传统的加工方式已无法满足低能耗高质量的要求，而冷挤压加工工艺由于其优质、高效、节能的显著优点，开始广泛地应用于直齿圆柱齿轮的加工中。在齿轮的冷挤压成形过程中，模具承载着较大的单位挤压力，凹模也受到较大的圆周拉应力，即使三层组合凹模，模芯也极易破裂。直齿圆柱齿轮冷挤压模具易破裂的问题严重阻碍了冷挤压技术在齿轮成形中的推广应用。因此，如何避免模具破裂，提高模具强度及寿命是目前研究齿轮冷挤压成形技术的关键。　　本文以载重汽车用轮边减速器直齿圆柱齿轮为研究对象，提出连续挤压的冷挤压工艺方案，并采用传统经验计算的组合凹模进行冷挤压成形数值模拟分析；基于均匀过盈量组合凹模的失效分析，提出变过盈量的设计方法，通过对该方法的研究，进一步提出了组合凹模局部变过盈量设计方法，并对该方法进行了深入的研究；采用响应面法对组合凹模尺寸参数进行优化设计，确立了合理的组合凹模尺寸参数,充分的发挥了材料的性能；针对齿轮金属流动规律及模具应力分布规律进行分析，研究了各工艺参数对齿轮成形质量、模具应力及模具温度的影响规律。　　根据有限元数值模拟结果，进行了直齿圆柱齿轮的冷挤压工艺试验及生产应用，试验结果表明：冷挤压加工的直齿圆柱齿轮成形质量较好；模具挤压次数达15万件后，模具使用情况良好，挤压件公法线检测长度在设计要求范围之内；变过盈量组合凹模的设计方法及组合凹模结构参数的优化设计可以提高模具的使用寿命。试验结果验证了数值模拟的准确性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 冷挤压技术简介

1.3 直齿圆柱齿轮冷挤压成形研究现状

1.4 直齿圆柱齿轮冷挤压模具研究现状

1.5 论文的主要研究内容

第二章 直齿圆柱齿轮冷挤压成形方案及有限元模型建立

2.1 成形方案及模具参数设计

2.2 刚塑性有限元理论

2.3 冷挤压成形数值模拟分析

2.4 本章小结

第三章 直齿圆柱齿轮冷挤压变过盈量组合凹模设计方法研究

3.1 均匀过盈量组合凹模失效分析

3.2 变过盈量组合凹模设计方法

3.3 局部变过盈组合凹模设计方法

3.4 本章小结

第四章 直齿圆柱齿轮组合凹模结构参数优化设计

4.1 响应面实验设计

4.2 建立响应面模型

4.3 响应面分析与多目标优化

4.4 本章小结

第五章 直齿圆柱齿轮金属流动规律及模具应力分布规律研究

5.1 入模半角α对齿轮成形及模具应力的影响

5.2 入模口齿顶宽度T对齿轮成形及模具应力的影响

5.3 摩擦系数μ对齿轮成形及模具应力的影响

5.4 本章小结

第六章 直齿圆柱齿轮冷挤压成形工艺试验及技术应用

6.1 试验方案

6.2 坯料准备及挤压前准备

6.3 试验设备

6.4 试验模具设计

6.5 试验结果

6.6 模具技术应用及使用寿命

6.7 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果