軸向振動凹模冷精鍛直齒輪數(shù)值模擬分析與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、直齒圓柱齒輪是汽車及機(jī)械行業(yè)中應(yīng)用極為廣泛的重要傳動零件，其形狀復(fù)雜，材質(zhì)、尺寸精度、表面質(zhì)量及綜合機(jī)械性能均要求很高。本文以直齒輪冷鍛成形作為研究對象，對直齒輪冷鍛成形工藝與成形過程進(jìn)行數(shù)值模擬及物理實(shí)驗(yàn)研究，以豐富和發(fā)展冷鍛成形工藝?yán)碚撆c技術(shù)、提高直齒輪零件冷精鍛成形工藝設(shè)計(jì)水平和成形件質(zhì)量。 齒形填充不滿和成形力過高是齒輪閉式冷鍛方案的主要缺陷。型腔壁對于坯料的摩擦阻力是影響金屬流動的主要因素之一，通過變摩擦阻力為動力可以

2、改善金屬的塑性流動。本文分析了國內(nèi)外圓柱直齒輪精密塑性成形的研究現(xiàn)狀，在前人研究的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究可軸向振動凹模成形直齒圓柱齒輪這一工藝。 利用三維造型軟件UG對零件及模具進(jìn)行造型，得到可軸向振動凹模成形直齒圓柱齒輪的模具及零件模型，為成形工藝有限元模擬分析提供了依據(jù)。基于剛塑性有限元理論和可軸向振動凹模驅(qū)動原理，建立了直齒圓柱齒輪可軸向振動凹模成形直齒輪的有限元分析模型?；贒EFORM—3D有限元模擬軟件，應(yīng)用三維剛塑性有限

3、元算法對可軸向振動凹模成形直齒圓柱齒輪過程進(jìn)行了模擬分析，得出變形中金屬的流動狀態(tài)和等效塑性應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律，獲得了齒輪成形金屬變形規(guī)律。 模擬研究結(jié)果表明，采用可軸向振動凹模這一新工藝，可以促使金屬更容易流進(jìn)型腔角部，使直齒輪角部填充更完整，并且可以明顯降低最后階段的成形載荷力。同時(shí)通過改變可軸向振動凹模的周期和振幅來分析工藝參數(shù)對于直齒圓柱齒輪成形的影響，從理論上推導(dǎo)出了凹模振動最佳周期公式并對其進(jìn)行了模擬驗(yàn)證；通過模擬歸納

4、出摩擦系數(shù)對齒輪成形充滿情況及成形所需載荷的影響，隨著摩擦系數(shù)的增加，成形載荷呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢，出現(xiàn)可使齒輪成形載荷最小的摩擦系數(shù)，這些都為以后的實(shí)際生產(chǎn)提供了依據(jù)。 通過物理實(shí)驗(yàn)研究得出，與固定凹模方案相比，凹模浮動方案可以降低齒輪成形載荷且齒輪填充情況也有所改善。亦通過模擬與實(shí)驗(yàn)對比，其結(jié)果是一致的，說明數(shù)值模擬在一定程度上可以反應(yīng)真實(shí)情況、具有可靠性，從而說明軸向振動凹模工藝方案數(shù)值模擬的正確性及結(jié)果分析的可靠性。