本文關(guān)鍵詞：汽車后橋螺旋傘齒輪鑄鍛復(fù)合成形工藝的數(shù)值模擬研究

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【摘要】：隨著汽車產(chǎn)銷量的高速增長(zhǎng),螺旋傘齒輪作為汽車后橋主減速器中的重要傳動(dòng)部件,其需求量逐漸增大,對(duì)品質(zhì)的要求越來越高,同時(shí)對(duì)成本的控制也提出了新的要求。螺旋傘齒輪一般采用鍛造和機(jī)械加工工藝進(jìn)行生產(chǎn)。鍛造工藝工序較多、成本較高,機(jī)械加工會(huì)切斷金屬纖維組織從而降低齒輪的強(qiáng)度和使用壽命,而且生產(chǎn)效率不高,材料損耗較大。因此,改進(jìn)傳統(tǒng)制造工藝勢(shì)在必行。本文提出了采用鑄鍛復(fù)合成形工藝生產(chǎn)螺旋傘齒輪的方法。通過對(duì)鑄造和鍛造工藝過程進(jìn)行有限元數(shù)值模擬,優(yōu)化了齒形和相關(guān)工藝參數(shù)并驗(yàn)證了復(fù)合工藝的優(yōu)越性。模擬結(jié)果表明,鑄鍛復(fù)合工藝可有效改進(jìn)螺旋傘齒輪產(chǎn)品質(zhì)量,提高材料利用率和生產(chǎn)效率,降低產(chǎn)品成本,具有潛在的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。本文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:1.冷精鍛預(yù)制坯的齒形形狀和尺寸是影響螺旋傘齒輪冷精鍛質(zhì)量的重要因素。本文提出了均勻擴(kuò)散齒形和非均勻擴(kuò)散齒形兩種方案并建立了對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,利用DEFORM-3D軟件進(jìn)行了冷精鍛成形工藝數(shù)值模擬分析,得到了不同齒形方案下冷精鍛工藝過程的載荷-行程曲線、應(yīng)力應(yīng)變分布圖以及金屬流動(dòng)狀況圖。通過對(duì)模擬結(jié)果的分析對(duì)比發(fā)現(xiàn),采用非均勻擴(kuò)散齒形方案的預(yù)制坯且齒形最大精鍛量為0.6mm時(shí)成形載荷合理,冷精鍛效果最好。由此確定了螺旋傘齒輪冷精鍛預(yù)制坯的優(yōu)化齒形。2.熱模鍛預(yù)制坯的齒形和錐度對(duì)于螺旋傘齒輪閉式熱模鍛成形過程影響很大。熱模鍛預(yù)制坯的齒形設(shè)計(jì)既要保證能在熱模鍛過程中消除鑄造缺陷,又要滿足閉式熱模鍛成形工藝的要求。本文借鑒分流理論提出近似梯形齒形方案使熱模鍛時(shí)預(yù)制坯齒頂留有一定分流空間從而促進(jìn)金屬合理流動(dòng)填充型腔。減小熱模鍛預(yù)制坯錐度使其小端先于其他部位成形,這樣有利于改善金屬流動(dòng)狀況使齒形各部分同時(shí)成形完畢。模擬結(jié)果顯示當(dāng)熱模鍛預(yù)制坯錐度比齒形模錐度小3°、近似梯形齒形齒高達(dá)到5.8mm時(shí)成形效果最理想。由此確定了螺旋傘齒輪熱模鍛預(yù)制坯的優(yōu)化齒形和錐度。3.根據(jù)熱模鍛預(yù)制坯的質(zhì)量要求,對(duì)各種鑄造工藝進(jìn)行了分析比較,確定使用覆膜砂鑄造工藝進(jìn)行模鍛預(yù)制坯的精密鑄造并選取了鑄型材料的種類。本文設(shè)計(jì)了中心頂注型和澆冒口共用型兩種澆注方案并計(jì)算出了冒口和澆注系統(tǒng)的尺寸。利用Anycasting軟件分析鑄件充型和凝固過程,確定了中心頂注型澆注方案更適合于螺旋傘齒輪模鍛預(yù)制坯的精密鑄造。4.本文研究了澆注溫度和澆注速度對(duì)螺旋傘齒輪鑄件成形質(zhì)量的影響。通過模擬不同澆注溫度和澆注速度的鑄件凝固后缺陷分布狀況得知:在一定溫度范圍內(nèi),澆注溫度越高,齒輪坯鑄件縮孔類缺陷越少并由此確定了最佳澆注溫度為1640℃;澆注速度對(duì)于齒輪鑄件上表面殘余空氣分布有影響并由此確定了最佳澆注速度為0.8m/s。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG24;TG316

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