论文题目: 高性能直齿圆柱齿轮开放成形研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 火炮自动武器与弹药工程
作者: 张宝红
导师: 张治民
关键词: 直齿圆柱齿轮,开放成形,推挤整形,成形精度,数值模拟,微观组织,性能
文献来源: 中北大学
发表年度: 2005
论文摘要: 齿轮精密成形具有产品性能好、生产率高、生产成本和能耗低、环境污染少等优点,但目前的成形方法由于成形力大,国内外尚无大模数齿轮精密成形用于实际生产的报道。本文围绕降低成形力、提高成形精度进行了以下几方面的研究:提出了以“开放镦挤”和“轴向导流,径向分流”为主要内容的直齿圆柱齿轮开放成形新方法,并对新方法的内涵进行了研究:在影响塑性成形力的诸因素中,如金属的流动应力、坯料与模具的接触面积、摩擦力的大小和金属在模具中可自由流动的空间等,发现金属在模具中可自由流动的空间是影响成形力最主要的因素,为直齿圆柱齿轮精密塑性成形新方法的研究从理论层面提出了研究方向;“开放镦挤”的开放量与随后的整形量是一对相互制约的参数,在一定条件下有一个最佳值;通过“逐次控制变形”方法合理分配温成形和冷整形的变形量,可进一步降低开放成形力,并成形出高精度的齿轮;“推挤成形”从模具结构上保证了“轴向导流,径向分流”新方法的实现,并且坯料成形后直接从凹模下方推出,解决了齿轮精密成形顶出力大的问题。用商业化软件对开放成形过程进行了数值模拟分析,结果表明:开放镦挤成形时齿形开放率是影响成形力最主要的因素,它不依齿轮参数、设备工作参数变化而改变。成形时摩擦力的减小、齿轮中心孔径的增大也可明显降低成形力,变位系数的增加将有利于成形力的降低。实验证明,数值模拟结果与实际成形情况较吻合,误差小于 8%。并提出了齿形开放率与单位成形压力之间的关系,该关系式在开放率小于 80%时与数值模拟结果吻合度较好,尤其是开放率小于 10%时误差小于 5%。当齿形开放率为 5%左右时,不但成形出的齿形质量好,而且避免了成形力的陡增。本文提出的齿形开放率与单位成形压力之间关系式不但具有理论意义,而且有实际应用价值。根据数值模拟和实验研究,模数在 2～6mm 之间时,推挤整形较佳工艺及模具参数为:齿形整形量在能够发生塑性变形的前提下越小越好,凹模锥角为 5o～7o,定径带的高度为 5～8mm。
论文目录:
第一章 绪论
1.1 选题的依据和意义
1.1.1 齿轮精密塑性成形对提高武器装备水平的意义
1.1.2 齿轮加工现状及精密塑性成形的意义
1.2 武器装备关重件塑性成形发展趋势
1.3 直齿圆柱齿轮精密塑性成形研究现状及主要成形方法
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
1.3.3 直齿圆柱齿轮精密塑性成形主要成形方法及工艺
1.3.3.1 主要成形方法
1.3.3.2 主要成形工艺
1.4 塑性成形基础理论及分析方法
1.4.1 解析法
1.4.2 实验／解析法
1.4.3 数值法
1.5 本文主要研究内容
第二章 齿轮开放成形内涵
2.1 引言
2.2 降低塑性成形力主要措施
2.3 开放成形内涵
2.3.1 开放镦挤成形分析
2.3.1.1 应力与应变分析
2.3.1.2 影响成形的主要因素
2.3.2 “轴向导流，径向分流”成形分析
2.3.2.1 应力与应变分析
2.3.2.2 影响成形的主要因素
2.4 开放成形方案设计
2.5 小结
第三章 开放成形计算机模拟及理论分析
3.1 引言
3.2 开放镦挤成形数值模拟分析
3.2.1 数值模拟模型的建立
3.2.1.1 几何模型
3.2.1.2 材料模型
3.2.1.3 边界摩擦模型
3.2.1.4 加工速度的选取
3.2.1.5 网格的划分
3.2.1.6 坯料尺寸
3.2.2 数值模拟结果分析
3.2.2.1 摩擦对成形的影响
3.2.2.2 齿根圆角半径对成形的影响
3.2.2.3 模数对成形的影响
3.2.2.4 齿数对成形的影响
3.2.2.5 中心孔直径对成形的影响
3.2.2.6 齿宽对成形的影响
3.2.2.7 变位系数对成形的影响
3.2.2.8 设备速度对成形的影响
3.3 齿形开放率与单位成形压力之间关系的建立
3.3.1 数学模型的选取
3.3.2 数学模型与数值模拟结果
3.4 推挤成形数值模拟分析
3.4.1 数值模拟模型的建立
3.4.2 模拟结果及分析
3.4.2.1 凹模工作带高度对凹模受力的影响
3.4.2.2 坯料大小对凹模受力的影响
3.4.2.3 凹模锥角对凹模受力的影响
3.5 计算机数值模拟结果实验验证
3.5.1 实验与数值模拟条件
3.5.2 实验与数值模拟结果对比分析
3.6 小结
第四章 推挤整形精度理论与实验研究
4.1 引言
4.2 推挤成形凹模齿腔设计
4.3 推挤整形精度理论与实验研究
4.3.1 试样制备
4.3.2 实验条件
4.3.3 实验结果及分析
4.3.3.1 材料状态对推挤整形的影响
4.3.3.2 整形量对推挤整形的影响
4.3.3.3 凹模过盈量对推挤整形的影响
4.3.3.4 实验结果预理论值比较
4.4 小结
第五章 直齿圆柱齿轮开放成形实验研究
5.1 引言
5.2 副变速齿轮开放成形实验研究
5.2.1 挤压件图制定
5.2.2 成形工艺制定
5.2.3 模具设计
5.2.3.1 开放镦挤成形模
5.2.3.2 推挤成形模具
5.2.4 实验验证
5.2.5 新旧生产工艺的对比及经济性分析
5.2.5.1 副变速低速齿轮现行生产工艺及主要技术指标
5.2.5.2 副变速低速齿轮新生产工艺及主要技术指标
5.2.5.3 新旧工艺对比
5.2.6 精密成形副变速齿轮精度检测
5.2.7 实验过程中的其他问题
5.2.7.1 工件表面处理
5.2.7.2 成形工艺与后续加工工艺的衔接
5.2.7.3 冷挤压凹模寿命的改善
5.2.7.4 冷挤压零件尺寸的调整
5.2.7.5 生产过程中温度和变形量的控制
5.3 齿座开放成形实验研究
5.3.1 挤压件图制定
5.3.2 成形工艺制定
5.3.3 模具设计
5.3.3.1 开放镦挤成形模
5.3.3.2 冷整形模
5.3.4 实验验证
5.3.5 新旧生产工艺的对比及经济性分析
5.3.5.1 齿座现行生产工艺及主要技术指标
5.3.5.2 齿座新生产工艺及主要技术指标
5.3.5.3 新旧工艺对比
5.3.6 精密成形齿座精度检测
5.3.7 实验过程中的其他问题
5.4 影响齿轮成形精度因素分析
5.4.1 影响齿轮成形精度因素
5.4.2 提高齿轮成形精度的措施
5.5 开放成形齿轮金相组织分析
5.5.1 齿部流线分布
5.5.2 晶粒大小比较
5.6 小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢
发布时间: 2006-06-27
参考文献
- [1].考虑温度因素的单级直齿圆柱齿轮系统动态特性研究[D]. 苟向锋.兰州交通大学2016
- [2].载重汽车用直齿圆柱齿轮连续冷挤压冷整形复合成形关键技术研究[D]. 梁强.重庆大学2016
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