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锥齿轮冷摆辗精密成形规律和工艺参数优化设计

作　者: 邓小宾
导　师: 华林
学　校: 武汉理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 冷摆辗成形锥齿轮有限元模型成形规律工艺参数优化
分类号: TG306
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

作为相交轴之间运动和动力的基础传动元件,锥齿轮具有传动平稳、承载能力高、噪音低等特点,因此在航空、航天、汽车、机械、船舶、化工等众多领域得到广泛应用。锥齿轮冷摆辗精密成形工艺是一种先进的齿轮塑性加工技术,具有材料利用率高、生产率高、生产成本低、成形精度高、齿轮性能好等诸多优点。但同时锥齿轮冷摆辗成形也是一个具有几何非线性、材料非线性、边界非线性等多重非线性、多因素耦合作用下的复杂金属成形技术,因此单纯采用解析和实验方法对其进行研究存在明显的局限性,如很难获得金属流动规律和内部场量的分布及变化历史,并且实验费用昂贵且耗时。因此,有限元数值模拟方法就成为深入研究该复杂工艺的最佳手段。本文首先通过金属室温拉伸试验测定了常见齿轮材料——20CrMnTi钢常温下的基本力学性能参数,并拟合得到其真实应力-应变本构方程；基于上述精确的材料参数及材料模型,首次在DEFORM-2D中建立了20CrMnTi钢的圆环压缩刚塑性有限元模型,获得了对应的摩擦系数与摩擦因子理论标定曲线。通过对比分析理论标定曲线与圆环压缩试验结果,从而测定出不同润滑剂条件下20CrMnTi钢在体积成形时的摩擦边界(摩擦系数和摩擦因子)。试验结果为建立精确的锥齿轮冷摆辗三维有限元模拟模型提供了可靠的材料与摩擦边界依据。本文基于直齿锥齿轮和螺旋锥齿轮三维实体几何模型、三维塑性变形有限元力学模型,通过解决材料模型、网格划分、边界条件等关键建模技术,以DEFORM-3D为平台建立了精确的锥齿轮冷摆辗成形三维刚塑性有限元模拟模型。基于该有限元模型研究了直齿锥齿轮和螺旋锥齿轮冷摆辗成形过程中毛坯的变形规律,金属的流动规律,成形载荷的变化规律及等效应变的分布规律。由于锥齿轮冷摆辗成形是一个多因素耦合作用的复杂金属成形新技术,各种成形工艺参数的影响作用尚不清楚。因此本文进一步探究了下模进给速度、上模转速、上模倾角、摩擦因子、毛坯尺寸等工艺参数对锥齿轮冷摆辗成形中力能参数、金属流动和锻件损伤因子值分布的影响规律,从而揭示了锥齿轮冷摆辗精密成形机制和规律,为锥齿轮冷摆辗精密成形提供了理论和技术依据。

锥齿轮冷摆辗精密成形规律和工艺参数优化设计

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