本文關鍵詞：汽車結合齒冷鍛數值模擬與工藝研究

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【摘要】：齒輪作為一種重要的傳動零件，在汽車、輪船、飛機、機床、精密儀器儀表等各類產品中廣泛應用，特別是在汽車傳動中，齒輪的用量高達幾十件。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，對齒輪性能的要求也不斷提高，在幾十年的發(fā)展中，汽車齒輪逐漸形成了以精密模鍛為目標的生產模式，其中已有近一半的汽車齒輪可用精密模鍛方式生產，如起動齒輪、星形齒輪、同步器齒環(huán)以及部分直齒輪等。精鍛齒輪與傳統機加工方法生產的齒輪相比，具有材料利用率高、齒輪機械性能好、生產效率高、節(jié)約能源、降低成本、環(huán)境污染小等優(yōu)點，提高了產品的競爭力，創(chuàng)造了顯著的經濟與社會效益。結合齒是汽車變速箱中的重要傳動零部件，但由于結合齒結構較復雜、成形極為困難，不能用傳統的鍛造一次成形，在精鍛技術研究領域很少見到報導。在國外，德國和日本已有公司研發(fā)出結合齒輪的精鍛成形工藝并用于生產，但由于技術保密，未見其發(fā)表論文。本文以實現結合齒的精密模鍛為目標，采用經典塑性成形理論、有限元模擬的方法對結合齒分流鍛造成形機理及應用技術進行研究。 針對結合齒不能順利出模的問題，將成形工藝分為兩步，即先成形直齒，后再擠壓倒錐。采用有限元數值模擬技術模擬了閉式精鍛成形過程，研究了不同坯料對成形過程的影響，得到了金屬流動的規(guī)律。階梯狀中空坯料成形，金屬以徑向充填為主，金屬有回流現象，結合齒鎖止角為最后充填區(qū)域，在齒形內端有折疊產生，成形載荷前期變化緩慢，后期變化劇烈。環(huán)狀坯料成形，金屬以軸向流動為主，充填順序合理，，整個過程載荷平緩增加，成形良好。但最終兩者成形載荷都較大。 采用分流鍛造原理，對模具結構進行優(yōu)化，使成形過程全以軸向擠壓填充，同時也降低了成形載荷。分析了鍛件尺寸對成形載荷的影響規(guī)律。內孔直徑直接影響接觸面積和金屬自由流動的空間的變化，隨著直徑的增加，兩者對成形載荷影響的主導地位不斷變化，使得成形載荷先下降后又上升。隨著圓角和齒形長度的增加，成形載荷分別呈現減小和增加的單一趨勢。本文還分析了鍛件的溫度，應力，應變和損傷的分布情況。在成形過程中溫度達200℃以上，最大值位于齒根圓角處。等效應力達800Mpa以上，主要分布在中間待變形區(qū)和齒形已變形區(qū)。等效應變在所選路徑上呈波動狀態(tài)，齒根圓上路徑A呈單峰波動，齒頂圓上路徑C雙峰波動，總體而言路徑A的等效應變比路徑C的等效應變大，就各點而言，其等效應變在整個成形過程中都是不斷增加的。鍛件從齒形內端至外端其損傷總體均呈上升趨勢，而且越靠近大端，損傷增長速度越快，齒頂圓處的損傷普遍大于齒根圓處的損傷。而在齒頂圓中間部位，由于擠壓過程中材料的匯聚導致損傷值分布曲線上出現較小的波峰。 本文采用有限元模擬輔助設計的方法開發(fā)新工藝，改變了以往完全依賴于設計者的經驗來設計模具的局面、提高了模具設計的可靠性、縮短了產品開發(fā)的周期、節(jié)約開發(fā)成本、避免了可能產生的錯誤，有利于提高企業(yè)市場競爭力。本文所得結論及規(guī)律可應用于其他同類齒輪產品的優(yōu)化設計，為新產品的開發(fā)及優(yōu)化設計提供了有效的技術支持。
【關鍵詞】：結合齒輪 閉式鍛造 分流鍛造 剛塑性有限元 分布規(guī)律
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TH132.41;TG316
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-7
• 目錄7-9
• 1 緒論9-13
• 1.1 引言9-10
• 1.2 國內外結合齒倒錐加工的現狀10-11
• 1.2.1 國內倒錐加工趨勢及現狀10-11
• 1.2.2 國外倒錐加工趨勢及現狀11
• 1.3 課題背景11-12
• 1.4 研究目的、內容及意義12-13
• 1.4.1 本課題研究內容12
• 1.4.2 本課題研究目的及意義12-13
• 2 精密成形技術及剛塑性成形理論13-21
• 2.1 精密成形技術13-16
• 2.1.1 精密成形技術的內涵和基本類型13-14
• 2.1.2 精密成形技術的特點及應用14-15
• 2.1.3 精密成形技術的發(fā)展趨勢15-16
• 2.2 剛塑性有限元基本理論16-18
• 2.2.1 剛塑性材料的基本假設16
• 2.2.2 剛塑性材料的邊值問題16-17
• 2.2.3 剛塑性材料的變分原理17-18
• 2.3 體積成形數值模擬軟件簡介18-20
• 2.3.1 DEFORM 簡介18-19
• 2.3.2 DEFORM 主要功能19
• 2.3.3 DEFORM 系統組成19-20
• 2.4 本章小結20-21
• 3 結合齒工藝分析及數值模擬21-35
• 3.1 結合齒的功能與結構21-22
• 3.2 結合齒冷鍛件的工藝分析22-26
• 3.2.1 結合齒主要的加工方法22
• 3.2.2 工藝流程的確定22-23
• 3.2.3 零件結構分析及冷鍛件圖的制定23-24
• 3.2.4 毛坯的尺寸計算及處理24-25
• 3.2.5 整體精鍛工藝的研究目標25-26
• 3.3 初始工藝方案有限元數值模擬26-33
• 3.3.1 有限元模擬模型及參數設置26-27
• 3.3.2 模擬情況分析27-33
• 3.3.3 初始工藝方案的比較33
• 3.4 本章小結33-35
• 4 工藝優(yōu)化研究及倒錐成形35-52
• 4.1 引言35
• 4.2 模具結構的優(yōu)化35-38
• 4.3 終鍛件形狀對成形載荷的影響38-41
• 4.3.1 內孔直徑對成形載荷的影響38-39
• 4.3.2 圓角大小對成形載荷的影響39-40
• 4.3.3 齒形長度對成形載荷的影響40-41
• 4.4 摩擦條件對成形過程的影響41-43
• 4.5 成形過程中應力，應變和損傷的分布情況及分析43-49
• 4.5.1 成形過程中應力的分布情況及分析43-44
• 4.5.2 成形過程中應變的分布情況及分析44-46
• 4.5.3 成形過程中損傷的分布情況及分析46-49
• 4.6 倒錐成形模擬結果及分析49-50
• 4.7 本章小結50-52
• 5 冷鍛成形模具設計52-57
• 5.1 引言52
• 5.2 冷鍛成形模具設計52-54
• 5.2.1 冷段模具的要求及設計要點52-53
• 5.2.2 結合齒模具設計53-54
• 5.3 倒錐成形模具設計54-57
• 6 結論與展望57-59
• 6.1 結論57-58
• 6.2 展望58-59
• 致謝59-60
• 參考文獻60-63
• 附錄63
• A. 作者在攻讀學位期間發(fā)表的論文目錄63

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3 本報記者 王婷　汪s

本文編號：735788