基于數(shù)值模擬的多排鏈輪半精鍛成形研究.pdf

1、多排鏈輪與傳動(dòng)鏈條相配合，用來傳遞和轉(zhuǎn)移平行軸之間的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，被廣泛應(yīng)用在機(jī)械設(shè)備的傳動(dòng)系統(tǒng)中。多排鏈輪作為一種帶齒的異形件，其零件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，工作環(huán)境比較惡劣，在實(shí)際工作中對(duì)其強(qiáng)度和耐磨性有著相對(duì)較高的要求。通常情況下，多排鏈輪是通過鑄造、鍛造或切削加工的方法進(jìn)行生產(chǎn)。該方法生產(chǎn)的鏈輪工件其齒形部位的加工余量大，齒面粗糙度高，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，并且強(qiáng)度相對(duì)較低，耐磨性較差。在實(shí)際應(yīng)用中很容易使鏈輪傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)、滑鏈、跳鏈及打轉(zhuǎn)等不利現(xiàn)

2、象，嚴(yán)重影響了鏈傳動(dòng)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并降低了機(jī)械設(shè)備的服役壽命和周期。
　　針對(duì)上述問題，本文采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，以多排鏈輪(鏈號(hào)06B)為研究對(duì)象，結(jié)合國(guó)標(biāo)GB/T1243-2006的規(guī)定，分析了多排鏈輪零件的幾何造型，齒形特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)特征，提出了多排鏈輪半精密模鍛成形新工藝，并在此工藝基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出“兩圓弧一直線”的鍛件新型齒廓。利用有限元軟件Deform-3D V10.2模擬分析了多排鏈輪半精密模鍛成形過程中坯料

3、的變形與充型情況，對(duì)鏈輪鍛件的齒形加工余量、坯料形狀、連皮位置及凸模芯子直徑等關(guān)鍵參量進(jìn)行了優(yōu)化，確定了多排鏈輪半精鍛鍛件的最佳結(jié)構(gòu)型式。根據(jù)有限元模擬的結(jié)果設(shè)計(jì)出了實(shí)心坯料和空心坯料的兩種鍛件圖，確定出了模具成形部位零件的最佳結(jié)構(gòu)形式，并分別設(shè)計(jì)了帶緣凸模、預(yù)應(yīng)力式凹模、鏈輪項(xiàng)塊等關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)。利用模擬軟件中的受力分析模塊對(duì)凹模模芯和預(yù)應(yīng)力圈結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行了強(qiáng)度的校核，最后給出了多排鏈輪半精鍛成形的浮動(dòng)模具結(jié)構(gòu)圖，并運(yùn)用該結(jié)構(gòu)形式的模

4、具進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)。
　　模擬結(jié)果還表明:實(shí)心坯料和空心坯料在齒腔充滿時(shí)的最大等效應(yīng)力分別為133MPa和147MPa，實(shí)心坯料在相同條件下的應(yīng)力集中程度和各處的形變應(yīng)力比空心坯料小。連皮位置取距離下端面鍛件高度的1/3處，凸模芯子直徑取26mm時(shí)較為合理。凹模模芯沿其軸向和徑向分布的最大等效應(yīng)力分別為1380.46MPa和1226.83MPa;預(yù)應(yīng)力圈沿其軸向和徑向分布的最大等效應(yīng)力分別為808.41MPa和856.73MPa，均

5、明顯小于模具材料的屈服極限，雙層組合式凹模的強(qiáng)度能夠滿足多排鏈輪半精鍛工藝的要求。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的設(shè)備條件，用1060鋁合金對(duì)多排鏈輪半精鍛成形工藝進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，得到了多排鏈輪鍛件的載荷曲線圖、最佳試驗(yàn)溫度、成形效果圖及外形尺寸。結(jié)果表明:利用該模具生產(chǎn)的鏈輪鍛件其齒形填充飽滿、齒廓形狀規(guī)整、殘余飛邊量少;當(dāng)坯料在室溫條件下成形時(shí)，實(shí)心坯料和空心坯料在鍛造完成時(shí)的最大載荷分別為1784.79KN和1468.48KN;當(dāng)坯料在350℃條件