本文選題：錐齒輪 + 等溫鍛造��； 參考：《山東大學》2017年碩士論文

【摘要】：錐齒輪是一種齒頂呈圓臺形的齒輪,常成對使用,可改變傳動軸的方向,廣泛應(yīng)用于機械傳動裝置中。由于其特殊的錐形結(jié)構(gòu),錐齒輪特別適合采用鍛造方法生產(chǎn),所生產(chǎn)出來的齒輪內(nèi)部組織連續(xù)、機械性能較好、壽命長,但傳統(tǒng)的鍛造方法依然存在設(shè)備及模具所受載荷過大、齒腔填充不飽滿、后續(xù)機械加工余量大等問題。而采用等溫鍛造方法,則是將模具加熱到與坯料相同或相近的溫度,伴以較低的變形速率,給予材料充足的時間發(fā)生動態(tài)回復與動態(tài)再結(jié)晶,從而顯著提高材料的流動性能,同時減小模具所受的應(yīng)力,所生產(chǎn)出的錐齒輪具有組織均勻、尺寸精度高等優(yōu)點。等溫鍛造作為一種錐齒輪的精密鍛造方法,能夠很好地提高鍛造錐齒輪的使用性能,因此具有重要的研究價值和實際意義。數(shù)值模擬方法是研究金屬塑性成形過程的重要分析手段。對錐齒輪等溫鍛造過程進行數(shù)值模擬,可較準確地預測材料的變形情況及成形載荷等,從而大大降低產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。而確定材料的應(yīng)力與應(yīng)變、應(yīng)變速率等變形參數(shù)之間的關(guān)系模型,即本構(gòu)模型,對于模擬結(jié)果的準確性具有非常重要的影響。本文針對20CrMnTi錐齒輪等溫鍛造過程,研究了多本構(gòu)模型耦合的數(shù)值模擬方法,對材料變形過程中所處的狀態(tài)進行區(qū)分,并分別采用不同的本構(gòu)模型。相比于使用單一而復雜的本構(gòu)模型,采用該方法可以使模擬結(jié)果更符合實際情況。首先,針對錐齒輪零件進行了等溫鍛造成形工藝分析,利用UG軟件繪制了三維零件圖和鍛件圖,同時制定了錐齒輪等溫鍛造的生產(chǎn)工藝方案。然后,以20CrMnTi等溫鍛造成形溫度為試驗溫度,以不同的壓縮速率分別對其進行等溫壓縮試驗;對得到的數(shù)據(jù)分別進行了壓縮速率修正、光滑處理和行程修正;根據(jù)試驗結(jié)果中材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈現(xiàn)的動態(tài)回復和動態(tài)再結(jié)晶特征,將材料變形過程分為硬化狀態(tài)、軟化狀態(tài)和穩(wěn)態(tài),并分別構(gòu)建三種狀態(tài)下的本構(gòu)方程及其臨界點的參數(shù)方程;將三個本構(gòu)方程編寫為程序代碼,并嵌入到Deform子程序中,從而實現(xiàn)了基于多本構(gòu)模型耦合的Deform軟件二次開發(fā)。隨后,使用得到的程序?qū)﹀F齒輪等溫鍛造過程進行數(shù)值模擬,分析了金屬流動、成形載荷以及材料所處狀態(tài)等情況,研究了不同飛邊大小、鍛壓速度等工藝條件對錐齒輪成形效果和成形載荷的影響。最后,根據(jù)所選擇的成形設(shè)備,設(shè)計并加工了一套錐齒輪等溫鍛造模具及溫控裝置,進行了錐齒輪等溫鍛造實驗,觀察鍛件成形效果并記錄載荷的變化,驗證了所設(shè)計的錐齒輪等溫鍛造工藝及模具的合理性。
[Abstract]:Bevel gear is a kind of gear with round top, which is often used in pairs. It can change the direction of drive shaft and be widely used in mechanical transmission. Because of its special conical structure, bevel gear is especially suitable for production by forging method. The produced gear has continuous internal structure, good mechanical properties and long life. However, the traditional forging method still has too much load on the equipment and die. Tooth cavity filling is not full, follow-up machining allowance is large, and so on. By means of isothermal forging, the mold is heated to the same or similar temperature as the blank, accompanied by a lower deformation rate, and the material is given sufficient time for dynamic recovery and dynamic recrystallization, thus significantly improving the fluidity of the material. At the same time, the bevel gear produced by reducing the stress of die has the advantages of uniform structure and high dimensional precision. Isothermal forging, as a precision forging method for bevel gears, can improve the performance of bevel gears, so it has important research value and practical significance. Numerical simulation method is an important analytical method for the study of metal plastic forming process. The numerical simulation of isothermal forging process of bevel gear can accurately predict the deformation and forming load of the material, thus greatly reducing the production cycle of the product. The relationship between stress and strain, strain rate and other deformation parameters, i.e. constitutive model, is very important to the accuracy of simulation results. Based on the isothermal forging process of 20CrMnTi bevel gear, the numerical simulation method of coupling multi-constitutive model is studied in this paper. The states in the process of material deformation are distinguished, and different constitutive models are adopted respectively. Compared with the simple and complex constitutive model, this method can make the simulation results more realistic. Firstly, the isothermal forging process of bevel gear parts is analyzed, 3D parts drawing and forging drawing are drawn by UG software, and the production process scheme of isothermal forging of bevel gear is established. Then, the 20CrMnTi isothermal forging temperature is used as the test temperature, and the isothermal compression test is carried out at different compression rates, and the compression rate correction, smoothing treatment and stroke correction are carried out respectively. According to the dynamic recovery and dynamic recrystallization characteristics of the stress-strain curves in the experimental results, the deformation process of the materials is divided into hardening, softening and steady-state. The constitutive equations in three states and their critical point parameter equations are constructed, and the three constitutive equations are written as program code and embedded into Deform subprograms, thus realizing the secondary development of Deform software based on the coupling of multiple constitutive models. Then, the isothermal forging process of bevel gear is simulated by using the program. The metal flow, forming load and material state are analyzed, and different flange sizes are studied. The influence of forging speed and other technological conditions on bevel gear forming effect and forming load. Finally, according to the selected forming equipment, a set of isothermal forging die and temperature control device for bevel gear are designed and machined, the isothermal forging experiment of bevel gear is carried out, the forming effect of forging is observed and the change of load is recorded. The isothermal forging process of bevel gear and the rationality of die are verified.
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH132.41;TG316

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本文編號：1903191