本文關(guān)鍵詞：鋁合金錐齒輪等溫鍛造數(shù)值模擬及模具壽命研究

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【摘要】：齒輪是機(jī)械系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用于力的傳遞及速度調(diào)節(jié)的重要工業(yè)零件,其工作性能對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)有著不可忽視的作用。目前,齒輪所用材料以鋼為主,鍛造時(shí)成形力較大,模具工況惡劣,壽命較低。鋁合金具有比強(qiáng)度高、抗腐蝕性好、導(dǎo)熱性好、美觀且可表面處理等優(yōu)點(diǎn),在航空航天及汽車領(lǐng)域輕量化的趨勢(shì)下,得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。因此,在不影響產(chǎn)品使用的條件下,用鋁合金替換鋼,能使工件輕量化,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,能耗降低。鍛造鋁合金的塑性相對(duì)來(lái)說(shuō)都較好,但其流動(dòng)性卻沒有鋼好,且成形溫度范圍窄,導(dǎo)致熱加工性較差,與鋼相比成形較困難,多采用等溫鍛造的方法來(lái)成形。等溫模鍛所制造的齒輪成形質(zhì)量好,尺寸精度高,但由于加熱及保溫系統(tǒng)的設(shè)置有一定的難度,且生產(chǎn)率較低等問(wèn)題,造成齒輪等溫鍛造技術(shù)在實(shí)際的生產(chǎn)中還沒有得到廣泛的應(yīng)用。本文以直齒錐齒輪為對(duì)象,以鍛造鋁合金7075作為齒輪材料,對(duì)其開式等溫模鍛工藝及參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行研究。由零件圖設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu),采用UG軟件繪制齒形模、背錐模及坯料的三維模型,通過(guò)DEFORM-3D軟件建立有限元模型,對(duì)成形進(jìn)行仿真分析,對(duì)坯料的速度場(chǎng)、載荷變化及鍛件質(zhì)量進(jìn)行研究。針對(duì)鍛件易出現(xiàn)的缺陷及最大載荷,利用正交試驗(yàn)及單變量法對(duì)成形過(guò)程的關(guān)鍵工藝參數(shù)(溫度、連皮位置、連皮厚度、圓角半徑、飛邊厚度、上模速度、摩擦因子)進(jìn)行優(yōu)化,并以成形結(jié)果齒輪鍛件完全充滿無(wú)折疊等缺陷的前提下成形載荷最小為優(yōu)化目標(biāo),得到不同工藝參數(shù)對(duì)成形載荷影響程度的大小,同時(shí)獲得鋁合金直齒錐齒輪開式等溫模鍛的最優(yōu)工藝參數(shù)。齒輪在鍛造過(guò)程中,鍛模受到坯料力的作用會(huì)發(fā)生一定程度上的彈性變形,鍛件出模后也會(huì)發(fā)生一定程度的彈性回復(fù),這都對(duì)齒輪鍛件的尺寸精度造成了不可忽略的影響。本文利用DEFORM-3D軟件分別建立鍛模彈性變形及鍛件彈性回復(fù)的有限元分析模型,對(duì)鍛模齒形型腔和鍛件齒形的徑向變形量進(jìn)行分析計(jì)算,通過(guò)疊加得到鍛件總的徑向變形量。采用反補(bǔ)償法在鍛模原始尺寸的基礎(chǔ)上去掉總的徑向變形量,最終可實(shí)現(xiàn)鍛模型腔的精確設(shè)計(jì)。精鍛齒輪生產(chǎn)中,鍛模是鍛件尺寸精度保障的重要工裝。鍛模由于工況差,磨損較嚴(yán)重,對(duì)鍛件精度造成消極的影響,甚至失效而報(bào)廢。為了降低磨損,提高鍛模壽命,分別從等溫鍛造工藝參數(shù)及鍛模熱處理工藝參數(shù)兩個(gè)方面進(jìn)行研究。首先對(duì)各工藝參數(shù)(硬度、溫度、上模速度、摩擦因子)對(duì)鍛模磨損深度的影響進(jìn)行分析,得到各參數(shù)對(duì)鍛模磨損深度的影響規(guī)律。其次對(duì)H13鋼鍛模的熱處理工藝參數(shù)(淬火溫度、油冷溫度、第一次回火溫度、第二次回火溫度)進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化,以最終鍛模磨損深度最小為優(yōu)化目標(biāo),得到不同工藝參數(shù)對(duì)磨損深度影響的顯著性,同時(shí)獲得H13鋼鍛模的最優(yōu)熱處理工藝參數(shù)。最后,加工一套實(shí)驗(yàn)?zāi)＞?設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置,以鋁合金作為實(shí)驗(yàn)材料,對(duì)齒輪等溫鍛造過(guò)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn),通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬的鍛件形狀對(duì)比,驗(yàn)證數(shù)值模擬的正確性。
【關(guān)鍵詞】：鋁合金 直齒錐齒輪 等溫鍛造 鍛件精度 鍛模壽命
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG319
【目錄】：

• 摘要13-15
• ABSTRACT15-17
• 第1章 緒論17-27
• 1.1 引言17-18
• 1.2 齒輪精鍛技術(shù)現(xiàn)狀18-22
• 1.2.1 精鍛技術(shù)發(fā)展18-19
• 1.2.2 精鍛模具發(fā)展19-20
• 1.2.3 數(shù)值模擬發(fā)展20-22
• 1.3 鋁合金鍛造技術(shù)現(xiàn)狀22-24
• 1.3.1 鋁合金應(yīng)用現(xiàn)狀22-23
• 1.3.2 鋁合金鍛造技術(shù)23-24
• 1.4 等溫鍛造技術(shù)現(xiàn)狀24-25
• 1.5 本課題的研究意義及主要內(nèi)容25-27
• 第2章 鋁合金直齒錐齒輪等溫鍛造工藝27-35
• 2.1 引言27
• 2.2 鍛件工藝性分析27-28
• 2.3 等溫模鍛工藝28-29
• 2.4 直齒錐齒輪等溫鍛造工藝流程29-33
• 2.4.1 直齒錐齒輪零件圖29
• 2.4.2 直齒錐齒輪鍛件圖設(shè)計(jì)29-31
• 2.4.3 坯料計(jì)算與確定31-32
• 2.4.4 等溫鍛造設(shè)備的選擇32
• 2.4.5 等溫鍛造過(guò)程中的潤(rùn)滑32
• 2.4.6 切邊與沖孔32-33
• 2.5 本章小結(jié)33-35
• 第3章 等溫鍛造過(guò)程數(shù)值模擬及參數(shù)優(yōu)化35-49
• 3.1 引言35
• 3.2 有限元分析模型的建立35-36
• 3.3 有限元模擬結(jié)果分析36-39
• 3.3.1 鍛件成形過(guò)程的金屬流動(dòng)及載荷變化36-37
• 3.3.2 鍛件成形結(jié)果分析37-38
• 3.3.3 影響鍛件質(zhì)量及成形載荷的因素38-39
• 3.4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)39-43
• 3.4.1 正交試驗(yàn)優(yōu)化目標(biāo)39-40
• 3.4.2 正交試驗(yàn)表設(shè)計(jì)40-41
• 3.4.3 正交試驗(yàn)結(jié)果分析41-43
• 3.5 最優(yōu)參數(shù)模擬結(jié)果分析43-46
• 3.6 半等溫鍛造成形46-47
• 3.7 本章小結(jié)47-49
• 第4章 鍛模型腔的精確設(shè)計(jì)49-59
• 4.1 引言49
• 4.2 鍛模型腔的彈性變形49-53
• 4.2.1 鍛模彈性變形有限元模型的建立49-50
• 4.2.2 鍛模彈性變形分析50-53
• 4.3 齒輪鍛件的彈性回復(fù)53-56
• 4.3.1 鍛件彈性回復(fù)有限元模型的建立53-54
• 4.3.2 鍛件彈性回復(fù)分析54-56
• 4.4 鍛模齒腔修正56
• 4.5 本章小結(jié)56-59
• 第5章 基于磨損的H13鋼鍛模壽命優(yōu)化59-75
• 5.1 引言59
• 5.2 工藝參數(shù)對(duì)鍛模磨損的影響59-62
• 5.2.1 初始硬度對(duì)磨損深度的影響59-60
• 5.2.2 溫度對(duì)磨損深度的影響60-61
• 5.2.3 上模速度對(duì)磨損深度的影響61
• 5.2.4 潤(rùn)滑條件對(duì)磨損深度的影響61-62
• 5.3 H13鋼鍛模熱處理工藝62-63
• 5.3.1 H13鋼簡(jiǎn)介62
• 5.3.2 H13鋼熱處理工藝62-63
• 5.4 H13鋼熱處理工藝數(shù)值模擬63-66
• 5.4.1 JMatPro軟件簡(jiǎn)介63
• 5.4.2 H13鋼冷卻轉(zhuǎn)變曲線63-64
• 5.4.3 轉(zhuǎn)變模型64-65
• 5.4.4 硬度預(yù)測(cè)模型65-66
• 5.4.5 Jominy淬透性曲線66
• 5.5 熱處理數(shù)值模擬參數(shù)優(yōu)化66-69
• 5.5.1 優(yōu)化目標(biāo)66-67
• 5.5.2 試驗(yàn)表設(shè)計(jì)67
• 5.5.3 試驗(yàn)?zāi)M結(jié)果分析67-69
• 5.6 H13鋼熱處理最優(yōu)參數(shù)結(jié)果分析69-74
• 5.6.1 溫度均勻性69-70
• 5.6.2 相體積分?jǐn)?shù)70-71
• 5.6.3 硬度71-72
• 5.6.4 殘余應(yīng)力72-73
• 5.6.5 鍛模磨損73-74
• 5.7 本章小結(jié)74-75
• 第6章 鋁合金錐齒輪等溫鍛造實(shí)驗(yàn)75-81
• 6.1 引言75
• 6.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備75-78
• 6.2.1 坯料選取及加工75
• 6.2.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)＞叩脑O(shè)計(jì)75-76
• 6.2.3 加熱及保溫設(shè)計(jì)76-77
• 6.2.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)備的選取77-78
• 6.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果78
• 6.4 本章小結(jié)78-81
• 第7章 結(jié)論與展望81-85
• 7.1 結(jié)論81-82
• 7.2 展望82-85
• 參考文獻(xiàn)85-91
• 致謝91-92
• 學(xué)位論文評(píng)闊及答辯情況表92

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1 尹克霆;等溫鍛造有助于節(jié)省鈦[J];稀有金屬;1982年02期

2 李有觀;鈮和鉭對(duì)鈦鋁等溫鍛造材高溫特性的影響[J];世界有色金屬;2004年08期

3 王曉英,周建華,龐克昌;航空用鈦合金等溫鍛件研制[J];上海鋼研;2005年02期

4 吳伏家;尹曉霞;;鈦合金復(fù)雜件等溫鍛造研究[J];機(jī)械科學(xué)與技術(shù);2010年03期

5 張利軍;常輝;薛祥義;;等溫鍛造技術(shù)及其在航空工業(yè)中的應(yīng)用[J];熱加工工藝;2010年21期

6 孫永德;;等溫鍛造鈦合金槍件的研究[J];現(xiàn)代兵器;1982年10期

7 黃小寶 ,陳斌 ,劉建宇;改造普通壓機(jī)以適應(yīng)恒應(yīng)變率等溫鍛可行性的探討[J];航空材料;1988年01期

8 程鶯;;熱等溫鍛造設(shè)備[J];上海金屬.有色分冊(cè);1988年05期

9 杜忠權(quán);陳玉秀;王高潮;王益民;;計(jì)算機(jī)優(yōu)選Ti-10V-2Fe-3Al合金等溫鍛造工藝參數(shù)[J];鍛壓技術(shù);1990年05期

10 張青來(lái);鋁合金零件的等溫鍛造[J];上海鋼研;1996年01期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 王淑云;楊洪濤;李惠曲;;粉末冶金高溫合金盤件等溫鍛造技術(shù)[A];動(dòng)力與能源用高溫結(jié)構(gòu)材料——第十一屆中國(guó)高溫合金年會(huì)論文集[C];2007年

2 勞全海;;鈦合金零件等溫鍛造中幾個(gè)問(wèn)題[A];塑性加工技術(shù)文集[C];1992年

3 龔小濤;周杰;徐戊嬌;楊帆;石鑫;;鋁合金等溫鍛造技術(shù)發(fā)展[A];第3屆全國(guó)精密鍛造學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集[C];2008年

4 孟慶通;龐克昌;周建華;;鈦合金機(jī)匣精鍛件等溫鍛造技術(shù)[A];第十四屆全國(guó)鈦及鈦合金學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集（下冊(cè)）[C];2010年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 通訊員 施平 記者 吳永中;寶鋼集團(tuán)五鋼等溫鍛造技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[N];中國(guó)冶金報(bào);2005年

2 劉玲;安大公司試制成功大型等溫鍛件[N];中國(guó)航空?qǐng)?bào);2004年

3 通訊員 王平;宏遠(yuǎn)公司新品科研攻堅(jiān)亮點(diǎn)紛呈[N];中國(guó)航空?qǐng)?bào);2011年

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1 薛晨;等溫鍛造Ti-22Al-25Nb合金的顯微組織演變與力學(xué)性能研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2014年

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1 曹甫;鋁合金控制臂等溫鍛造工藝與微觀組織數(shù)值模擬[D];吉林大學(xué);2016年

2 徐洪強(qiáng);鋁合金錐齒輪等溫鍛造數(shù)值模擬及模具壽命研究[D];山東大學(xué);2016年

3 劉丹丹;直齒錐齒輪等溫鍛造工藝數(shù)值模擬及精度控制研究[D];山東大學(xué);2016年

4 景陽(yáng)端;GH4698渦輪盤等溫鍛造過(guò)程中晶粒演化行為及其數(shù)值模擬[D];燕山大學(xué);2016年

5 葉文宏;6A02鋁合金熱變形行為及杯形件等溫鍛造數(shù)值模擬[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

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7 陳希凱;等溫鍛造過(guò)程中溫度軟測(cè)量技術(shù)與推斷控制[D];西北工業(yè)大學(xué);2006年

8 朱國(guó)興;等溫鍛造Ti-44Al-4Nb-2.2Cr金屬間化合物微觀組織演變與力學(xué)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

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10 黃湘龍;7A85鋁合金航空接頭等溫鍛造組織演變模擬與實(shí)驗(yàn)研究[D];中南大學(xué);2013年

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