鋁合金高速齒輪箱開發(fā)及其旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞性能研究.pdf

1、隨著國內(nèi)高速鐵路的快速發(fā)展，對高速機車零部件的綜合性能要求越來越高，因此研究開發(fā)低成本、高壽命、高性能、輕量化的高速傳動齒輪箱鑄件成為當(dāng)前迫切需要解決的難題。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、薄厚差大，齒輪箱毛坯通常都采用鑄造工藝方法進行生產(chǎn)。其材質(zhì)從最初的鑄鐵、鑄鋼到后來越來越多地采用更加輕質(zhì)的鑄鋁合金，人們不斷嘗試尋找更加合適可靠的材料來替代傳統(tǒng)材料。
　　鋁硅合金具有非常好的鑄造性能和使用性能，目前已經(jīng)被國外廠商廣泛應(yīng)用于高速齒輪箱鑄件。齒輪箱

2、的鑄造工藝由傳統(tǒng)的金屬型重力鑄造鑄件轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪鸿T造，采用后者鑄造工藝可以使零件獲得更高的精度、更致密的組織和更好的性能。隨著材料、工藝的不斷發(fā)展，對于齒輪箱材料性能的研究，也從最初的常規(guī)力學(xué)性能，發(fā)展到開始研究與實際工況密切相關(guān)的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞性能。為適應(yīng)蘇州明志科技有限公司鑄鋁齒輪箱開發(fā)項目，本文對高速齒輪箱所用EN-AC42100合金熔煉過程中的變質(zhì)方法進行試驗、優(yōu)化，并對高速齒輪箱鑄造工藝和凝固組織進行模擬驗證，最后對鋁合金齒輪箱材

3、料在旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞狀態(tài)下的疲勞斷裂進行研究。主要得到以下試驗結(jié)果:
　　通過Al-10Sr單一變質(zhì)劑與Al-10Sr/Al-5Ti-B復(fù)合細(xì)化變質(zhì)劑處理后合金材料綜合力學(xué)性能的對比發(fā)現(xiàn)，復(fù)合變質(zhì)的效果較鋁鍶單一變質(zhì)效果更好。當(dāng)復(fù)合變質(zhì)劑中Al-10Sr和Al-5Ti-B添加量分別為0.35％與0.2％時，齒輪箱材料的抗拉強度、屈服強度和硬度得到了優(yōu)化，材料的延伸率也沒有出現(xiàn)明顯的下降。
　　通過高速齒輪箱鑄造工藝及組織的計算機

4、模擬和實際生產(chǎn)驗證，確定對于高速齒輪箱的生產(chǎn)工藝可以采用精密組芯造型-低壓澆注工藝。從生產(chǎn)結(jié)果來看，鑄件關(guān)鍵部位的缺陷會顯著降低。試驗證明在進行齒輪箱鑄造優(yōu)化時，可以將有限元仿真模擬的結(jié)果作為實際工藝更改的參考依據(jù)。
　　通過旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞驗證性試驗和成組試驗可以確定齒輪箱鑄造材料的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞極限約為70MPa。對于需要承受循環(huán)疲勞應(yīng)力的高速齒輪箱來說，鑄件表面或者內(nèi)部存在顯微氣縮孔時會導(dǎo)致應(yīng)力在這些缺陷處集中，當(dāng)應(yīng)力大小超過材料