圆柱直齿轮正挤压成形参数分析及工艺优化

论文摘要

传统的直齿轮加工是采用切削工艺，生产效率低下，同时造成大量的材料浪费，为此提出了直齿轮精锻成形工艺方案。本文对圆柱直齿轮冷挤压相关技术进行了研究。本文论述了塑性成形的工艺特点及刚塑性有限元成形理论，简要介绍了几种典型的挤压加工方式及圆柱直齿轮的加工工艺方案，重点研究正挤压的加工工艺。为了研究齿数、模数、齿根圆角半径、毛坯直径、凹模入模角以及挤压速度这六个工艺参数对圆柱直齿轮挤压成形质量以及模具载荷的影响，设计了六因素五水平共25次正交试验，这25次模拟正交试验在一定意义上代表了56=15625次试验。对模拟试验结果，本文提取了等效应变场、等效应力场、速度场以及行程载荷曲线对成形过程进行分析。在数据的分析处理上，本文采用了直观分析法、效应曲线图、方差分析以及交互作用表等几种方法，得出了各参数对成形质量及模具载荷的影响，结果显示入模角和毛坯直径是影响凸凹模单位挤压力以及齿轮成形精度最为重要的两个因素，其余因素影响较小。其中模具单位挤压力可以基本反映模具的使用寿命，而模具在很大程度上决定了齿轮的质量。模拟结果得出了优化的工艺参数组合，并按优化参数进行了模拟试验，结果表明正交试验结果是完全合理正确的，这为工艺优化及模具设计优化提供了技术支持。为了证实模拟实验的可靠性与科学性，本文特选取了一个试样进行物理试验，并进行了金属流线、金相组织、晶粒、硬度、宏观尺寸等方面的测试,并与模拟试验结果进行比较，两者吻合良好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 冷挤压概述
• 1.1.1 冷挤压的特点
• 1.1.2 冷挤压的方法分类
• 1.1.3 冷挤压技术现状及发展趋势
• 1.2 齿轮加工
• 1.2.1 圆柱直齿轮简介
• 1.2.2 传统齿轮制造方法
• 1.2.3 圆柱直齿轮的精密塑性成形方法
• 1.2.4 圆柱直齿轮的冷挤压加工技术研究现状及发展方向
• 1.3 论文研究的目的、意义及内容
• 1.3.1 论文研究的目的与意义
• 1.3.2 论文研究的主要内容
• 第二章 塑性成形理论、模拟及软件
• 2.1 金属塑性成形理论基础
• 2.1.1 金属塑性成形的物理基础
• 2.1.2 金属塑性成形的力学基础
• 2.2 塑性有限元法的基本原理
• 2.2.1 概述
• 2.2.2 刚塑性有限元法基本方程
• 2.2.3 虚功率原理
• 2.2.4 变分原理
• 2.3 塑性成形过程的数值模拟
• 2.3.1 塑性成形模拟的特点
• 2.4 体积成形模拟软件 DEFORM 简介
• 2.4.1 DEFORM 软件简介
• 2.4.2 DEFORM 软件的发展
• 2.4.3 DEFORM 的实用范围和对象
• 2.4.4 DEFORM 的特色功能与价值
• 2.4.5 DEFORM 的功能模块
• 第三章 圆柱直齿轮冷挤压工艺及模具设计
• 3.1 圆柱直齿轮成形工艺设计
• 3.1.1 圆柱直齿轮成形工艺特点
• 3.1.2 圆柱直齿轮几种挤压方式的对比
• 3.1.3 圆柱直齿轮成形工艺方案的确定
• 3.2 冷挤压模具设计
• 3.2.1 模具结构设计
• 3.2.2 圆柱直齿轮的三维实体造型
• 3.2.3 凸模、凹模设计
• 第四章 圆柱直齿轮挤压成形数值模拟及分析
• 4.1 模拟实验方案的确定
• 4.2 有限元模型的导入
• 4.3 模拟所用参数及条件
• 4.4 模拟结果及分析
• 4.4.1 应变场分布
• 4.4.2 应力场分布
• 4.4.3 速度场分布
• 4.4.4 充填效果与成形载荷分析
• 4.5 模拟结果成形特点总结
• 4.6 正交试验的结果分析
• 4.6.1 正交试验的直观分析
• 4.6.2 正交试验的效应曲线图
• 4.6.3 正交试验的交互作用表
• 4.6.4 正交试验的方差分析
• 4.6.5 工艺参数的优化组合及模拟试验
• 4.7 本章小结
• 第五章 圆柱直齿轮挤压成形的实验分析
• 5.1 圆柱直齿轮冷挤压实验
• 5.2 圆柱直齿轮金相流线分布
• 5.3 圆柱直齿轮硬度及晶粒分布
• 5.3.1 圆柱直齿轮晶粒组织分布
• 5.3.2 圆柱直齿轮硬度试验
• 5.3.3 齿轮各区域的硬度与其应变大小的关系分析
• 5.4 圆柱直齿轮轮廓影像测量实验
• 5.5 模拟实验与真实实验的对比分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 完成的主要工作及结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果
• 致谢