發(fā)布時間：2020-06-28 17:17

【摘要】：齒輪軸作為一種重要的動力傳輸零件廣泛應(yīng)用于汽車、電力、船舶、工程機械等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的齒輪軸加工方法為預(yù)制坯后進行切削齒形,齒形切削生產(chǎn)效率低,而且浪費了優(yōu)質(zhì)齒輪鋼材。采用精密塑性成形方法成形齒輪軸擁有材料利用率高、生產(chǎn)效率高,以及齒形部分的金屬流線沿齒廓連續(xù)分布并且晶粒得到細化等優(yōu)點,因此齒輪軸近凈成形具有較好的應(yīng)用前景。塑性成形方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于小模數(shù)、小直徑的圓柱齒輪和錐齒輪的成形。對于模數(shù)較大、直徑較大的齒輪軸,尤其螺旋齒形的齒輪軸,熱精鍛成形精度難以控制,產(chǎn)品表面質(zhì)量差,而直接冷成形載荷和模具受力大,因此應(yīng)用較少。本課題針對螺旋齒齒輪軸采用熱鍛成形、冷收縮精整復(fù)合成形工藝,旨在實現(xiàn)齒輪軸的近凈成形。由于采用傳統(tǒng)浮動凹模方法成形齒輪軸會出現(xiàn)長軸在模具中失穩(wěn)的現(xiàn)象,因此本課題提出了齒形模具向下浮動的齒輪軸熱鍛模具結(jié)構(gòu)成形齒輪軸,主要研究了階梯軸坯料的尺寸對金屬流動方向的改變,以解決齒形下端面折疊的問題。針對齒輪軸頂端帶有盲孔的特點,對盲孔尺寸進行了研究,得出了較小的盲孔錐度可以改善金屬在齒腔內(nèi)的流動,解決了因金屬流動方向造成的上端面折疊；發(fā)現(xiàn)了較大的盲孔深度所對應(yīng)的模具應(yīng)力較小,防止了金屬流入齒形模具與上凸模的間隙影響鍛后脫模。在齒輪軸熱鍛模具結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,提出軸端壓力輔助成形工藝用以解決齒輪軸齒形填充不滿的問題。對鍛造中的工件進行受力分析,建立了軸端壓力輔助成形數(shù)學(xué)模型,實現(xiàn)了對軸端輔助壓力的計算。分析了軸端輔助壓力與齒輪軸參數(shù)的關(guān)系,揭示了模數(shù)相同時齒數(shù)越多所需的輔助壓力越小,而模數(shù)越大則需要更大的輔助壓力,軸部兩段直徑的直徑比越大所需的輔助壓力就越小的規(guī)律。針對傳統(tǒng)減徑擠壓工藝精整螺旋齒形存在的同一齒的兩齒面受力不均衡的現(xiàn)象造成的齒形兩齒面精整差異,提出了冷收縮精整工藝。通過對齒形模具與收縮環(huán)的應(yīng)力進行計算,解釋了模具尺寸與模具等效應(yīng)力的關(guān)系。通過對模具和工件的應(yīng)力分布進行研究,發(fā)現(xiàn)模具兩端面受力不均衡造成了端面差異。通過研究收縮量對齒形螺旋線變化的影響,發(fā)現(xiàn)隨著收縮量的減小端面差異會明顯減小。分析了冷收縮精整中模具與工件彈性變形,建立了齒輪軸冷收縮精整模具漸開線齒廓理論模型。基于螺旋角修正原理,建立了齒形模具螺旋線的計算公式。分析得出了齒形模具錐角、工件盲孔深度以及模具端面受力不均勻為螺旋齒形冷收縮精整的齒向不均勻變化的產(chǎn)生原因。設(shè)計冷收縮精整模具,對精整后工件進行檢測,齒形齒廓精度為8級,螺旋線精度為10級。對比了冷收縮精整前后工件齒形的表面粗糙度,改善了鍛件同一齒的兩齒面粗糙度差異,表面粗糙度達到8級。觀察分析了復(fù)合成形過程齒輪軸的微觀組織分布,研究了齒形位置微觀組織與硬度之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)經(jīng)過冷收縮精整后分度圓附近的鐵素體晶粒高寬比增加最多,表面和中心位置分別增加了18.9%和12.7%,齒根和齒頂位置的高寬比提升較少,硬度變化與微觀組織變化規(guī)律相符,最大的位置是分度圓附近,硬度增加了約20%,并且齒形表面硬度明顯高于中心位置。本課題將齒輪軸熱鍛冷收縮復(fù)合工藝應(yīng)用于汽車變速器輸入軸近凈成形,最終成形出了表面質(zhì)量好、齒形精度高、微觀組織致密的齒輪軸,齒形精度可達8級,并提高了材料利用率,為齒輪軸復(fù)合成形工藝提供了理論和實驗依據(jù),為齒輪軸零件精密塑性成形工藝的工業(yè)應(yīng)用提供了重要的指導(dǎo)。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG316
【圖文】：

指齒輪與軸設(shè)計為一體的特殊零件，其具有齒數(shù)少、模數(shù)小、逡逑整體高徑比火等特點，通常用于高轉(zhuǎn)速結(jié)構(gòu)中，并且需要承擔(dān)較大的扭矩和逡逑彎矩。目前在汽車、電力、船舶、王程機械等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，如圖２－１所示。逡逑根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，２０１５年汽車產(chǎn)銷量分別為２４５０萬輛和２４５９萬逡逑}0１１。２０１４年我國減速機產(chǎn)量為６００．６萬臺，與２０１３年同比增長６．９％口１。因逡逑此，齒輪軸有相當(dāng)大的需求量。逡逑％媻y薄義希ǎ幔┘跛倨魃趟僨危ǎ猓┢當(dāng)淥倨魘淙脛徨危ǎ茫┢擋疃髦鞫徨義賢跡玻庇糜誆煌肪車某萋種徨義銑萋種岫嗖捎胏酆嶧蚨馱熘魄珊笄邢韉姆椒ㄖ圃歟住Ｋ淙懷萋種嵊τ緬義顯誆煌慕峁怪杏脅煌耐廡�，但加工工覘ｙ本相同。（１）箱X�；（２）恶W戾義匣騝酆嶧魄浚唬ǎ常┱鵓擔(dān)唬ǎ矗┣邢骷櫻擼爻菪�；（�(dān)┖笮庸さ齲桑村澹擔(dān)蕁ｅ義顯詿常裕罩校滋葜崆閃賢ǔ２捎胏酆嶧貧�，c酆嶧魑皺義細咝У慕鶚艟偌苫砸占壕嘍猿墑歟⒌玫攪私螻B范圍的應(yīng)用與推廣。逡逑與傳統(tǒng)的切削；１；藝比較

指齒輪與軸設(shè)計為一體的特殊零件，其具有齒數(shù)少、模數(shù)小、逡逑整體高徑比火等特點，通常用于高轉(zhuǎn)速結(jié)構(gòu)中，并且需要承擔(dān)較大的扭矩和逡逑彎矩。目前在汽車、電力、船舶、王程機械等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，如圖２－１所示。逡逑根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，２０１５年汽車產(chǎn)銷量分別為２４５０萬輛和２４５９萬逡逑}0１１。２０１４年我國減速機產(chǎn)量為６００．６萬臺，與２０１３年同比增長６．９％口１。因逡逑此，齒輪軸有相當(dāng)大的需求量。逡逑％媻y薄義希ǎ幔┘跛倨魃趟僨危ǎ猓┢當(dāng)淥倨魘淙脛徨危ǎ茫┢擋疃髦鞫徨義賢跡玻庇糜誆煌肪車某萋種徨義銑萋種岫嗖捎胏酆嶧蚨馱熘魄珊笄邢韉姆椒ㄖ圃歟住Ｋ淙懷萋種嵊τ緬義顯誆煌慕峁怪杏脅煌耐廡�，但加工工覘ｙ本相同。（１）箱X�；（２）恶W戾義匣騝酆嶧魄浚唬ǎ常┱鵓擔(dān)唬ǎ矗┣邢骷櫻擼爻菪�；（�(dān)┖笮庸さ齲桑村澹擔(dān)蕁ｅ義顯詿常裕罩校滋葜崆閃賢ǔ２捎胏酆嶧貧�，c酆嶧魑皺義細咝У慕鶚艟偌苫砸占壕嘍猿墑歟⒌玫攪私螻B范圍的應(yīng)用與推廣。逡逑與傳統(tǒng)的切削；１；藝比較

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本文編號：2733255