【摘要】：齒輪是一種典型傳動零件,一般通過切削加工方法制造。采用精密塑性成形圓柱直齒輪具有材料利用率高、生產(chǎn)效率高,而且齒形部分的金屬流線沿齒廓連續(xù)分布,齒輪強度、壽命高于切削加工齒輪等優(yōu)點,因此通過精密塑性成形方法制造圓柱齒輪具有廣闊的應(yīng)用前景。 精密塑性成形在小模數(shù)、小直徑錐齒輪上已得到廣泛應(yīng)用。對于模數(shù)、直徑較大的圓柱齒輪,由于冷成形載荷和模具受力大,工業(yè)生產(chǎn)難以實現(xiàn)；熱精鍛成形精度難以控制,產(chǎn)品表面質(zhì)量差,工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用較少。本課題針對較大尺寸圓柱直齒輪采用熱精鍛成形、冷擠壓精整復(fù)合成形工藝,旨在實現(xiàn)較大尺寸圓柱直齒輪的精密成形。 本課題采用理論分析和有限元仿真相結(jié)合的方法,建立了齒輪熱精鍛成形載荷預(yù)測模型,利用模型分析了齒輪尺寸、材料應(yīng)力狀態(tài)對成形載荷的影響,得到了不同公稱壓力的壓力機可鍛壓齒輪的尺寸范圍,為齒輪熱精鍛壓力機選型提供了理論指導(dǎo)。 提出齒輪熱精鍛齒形精度控制方法。建立了齒輪熱精鍛過程中模具和工件齒廓變形數(shù)學(xué)模型,理論模型和有限元仿真共同計算了模具預(yù)熱膨脹和彈性膨脹、鍛件回彈和冷縮四個因素對齒廓變形的影響,結(jié)果表明鍛件冷縮是熱精鍛齒廓變形的主要影響因素；基于此模型提出了模具齒形修形方法,鍛造出了齒形精度10級的齒輪：分析了模具在齒輪成形過程中受力變形的不均勻性,理論計算結(jié)合仿真分析得到模具沿齒寬方向變形值,實驗測量數(shù)據(jù)驗證了仿真的準(zhǔn)確性。 提出齒輪冷擠壓齒形和齒向精度控制方法。建立了齒輪冷擠壓精整過程中模具和工件齒廓變形數(shù)學(xué)模型,理論模型和有限元仿真共同計算了模具彈性膨脹和鍛件回彈對齒廓變形的影響；基于此模型對模具齒形進行修形,齒形成形精度達到8級：分析了模具彈性變形隨擠壓過程的變化規(guī)律,仿真計算得到擠壓齒輪齒寬方向鼓形量,并設(shè)計三段式擠壓模具,減小了工件鼓形。實驗測量數(shù)據(jù)驗證了分析和設(shè)計的準(zhǔn)確性,擠壓齒輪齒向精度達到8級,有效提高了齒輪成形精度。 分析了復(fù)合成形過程中的金屬流動規(guī)律、模具應(yīng)力等特點。通過有限元仿真分析了模具結(jié)構(gòu)、減壓槽對齒輪熱精鍛金屬流動、成形載荷和模具應(yīng)力的影響；分析了擠壓余量等工藝參數(shù)對齒輪冷擠壓精整金屬流動、成形載荷和工件應(yīng)力的影響。最終確定了熱精鍛成形、冷擠壓精整的最佳工藝方案。并通過熱精鍛、冷擠壓精整實驗驗證了有限元仿真分析的準(zhǔn)確性。 對復(fù)合成形工藝微觀組織進行了觀察,依次分析了齒輪熱精鍛、正火、冷擠壓和淬火工藝中微觀組織的變化；對比了傳統(tǒng)切削加工和復(fù)合成形工藝加工齒輪的微觀組織,揭示了復(fù)合成形工藝對齒輪強化的微觀機理。 本課題的研究結(jié)果應(yīng)用于行星齒輪加工,成形出了表面質(zhì)量好、齒形精度高、微觀組織致密的齒輪,并有效提高了材料利用率,為圓柱直齒輪復(fù)合成形工藝提供了理論和實驗依據(jù),為齒輪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)。
【圖文】：

切削加工是齒輪類零件的主要加工方法，常用齒輪切削制造方法可分為仿形法和范成法18】，如圖2-1所示。仿形法是用形狀與齒輪齒槽相同或相近的成形刀加工出齒輪齒形的方法，統(tǒng)齒、拉齒、磨齒等都屬于仿形法加工；范成法亦稱展成法、共輛法或包絡(luò)法，是利用輪刀具與說還之間保持強制哨合運動關(guān)系而切削出齒輪齒形的方法，其刀具分齒輪型刀具和齒條型刀具兩大類，滾齒、插齒、削齒、衍齒等都屬于范成法加工。4#y(a)仿形法 （b)范成法圖2-1齒輪傳統(tǒng)加工方法-2-

齒輪精鍛是還料受到模具軸向擠￡li從而徑丨(0填充模具型腔的T藝如圖2-4(a)所示。鍛件表面只需少量加工即滿足圖樣要求和使用需求的成形技術(shù)，是一種近凈成形技術(shù)采用精鍛成形工藝能快速生產(chǎn)高質(zhì)量的飯輪，不僅解決了齒輪傳統(tǒng)加工方法的諸多+足，丨“]時先分滿足了齒輪在傳遞動力過程屮長期承受的周期性載荷對抗疲勞性能的要求，并對齒輪高強度化產(chǎn)生了較好的推動作用暠2-4(b)為齒輪精密鍛造典型的成形載荷，在成形的最后階段，即填充齒形角隅階段，由丁金屬流動阻力大大增加，載荷陸然升高，導(dǎo)致模具受力增人123.26〗。灥 iP T I酬媝！：： J少,夕..30- V'/ 廣■ . I I I// // ： , y ~0 2 4 6 8 10?"々/ \ ?：,：‘； 行?i/m?圖2-4齒輪精密鍛造工藝示意圖(a)及其成形載荷曲線(b)說輪精鍛以熱精鍛與冷精鍛為主，熱精鍛與冷精鍛相比，，成形載荷小，但鍛件表面氧化皮降低了表面粗植度
【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】：2015
【分類號】：TG376;TG316;TH132.41

【參考文獻】

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本文編號：2536849