螺旋伞齿轮精锻成形研究

论文摘要

螺旋伞齿轮广泛应用于汽车、拖拉机、坦克等行走机械的驱动桥上,需求量很大,而目前仍采用传统的切削工艺进行加工,材料利用率低,产品质量欠佳,难以满足工业快速发展对齿轮高性能的要求。因此,为提高生产效率,改善产品质量,开发一种螺旋伞齿轮成形的新工艺是非常必要的。本文在螺旋伞齿轮开式模锻成形工艺的基础上,对螺旋伞齿轮精锻成形新工艺、无飞边精锻模具设计及成形工艺参数等问题进行了研究。新型精锻模具采用浮动凹模结构,生产的锻件无飞边,提高了材料的利用率。采用主应力和上限联合法及变形功法分别建立求解螺旋伞齿轮开式模锻和无飞边模锻锻压成形力的数学模型,并求得了锻压成形力。利用UG软件对模具工作部分进行三维造型,并运用数值模拟软件DEFORM-3D对螺旋伞齿轮无飞边精锻成形过程进行仿真。研究了成形过程中金属的流动规律及速度场、应变场、应力场、温度场在成形不同阶段的分布情况,并得到了载荷—行程曲线,其成形载荷与理论计算结果非常吻合。对成形工艺参数进行了优化,并利用工艺实验对其进行了验证。实验结果表明,在始锻温度为1150℃,压力机平均工作速度为200mm/s,润滑条件良好时,螺旋伞齿轮成形良好,齿形饱满,齿根部分过度平滑,无塌陷、折叠等缺陷,使用效果很好。模具结构紧凑,工作稳定可靠,使用寿命长。本文所用的锻模设计、计算机辅助设计、数值模拟等相关方法具有一定的通用性,可为其他齿轮类零件的锻造成形分析、模具设计提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 文中主要符号注释
• 1 综述
• 1.1 精密成形技术概述
• 1.1.1 精密成形技术的内涵
• 1.1.2 精密成形技术的特点
• 1.2 齿轮精锻技术及其发展
• 1.2.1 齿轮精锻技术的含义
• 1.2.2 齿轮精锻技术的发展
• 1.3 螺旋伞齿轮精锻技术概述
• 1.3.1 螺旋伞齿轮精锻技术的发展
• 1.3.2 螺旋伞齿轮精锻技术的发展方向
• 1.4 金属塑性成形数值模拟技术的发展
• 1.5 课题的目的、意义和主要研究内容
• 1.5.1 课题的目的、意义
• 1.5.2 课题的主要研究内容
• 参考文献
• 2 典型锻模结构分析
• 2.1 锻造的用途及类别
• 2.1.1 锻造的用途
• 2.1.2 锻造的分类
• 2.2 锻压成形设备
• 2.2.1 热模锻压力机
• 2.2.2 液压机
• 2.2.3 螺旋压力机
• 2.3 气门顶杆冷挤压模
• 2.4 汽车行星齿轮精锻模
• 2.5 直齿圆锥齿轮温锻模
• 参考文献
• 3 螺旋伞齿轮精锻成形工艺与新型模具设计
• 3.1 引言
• 3.2 螺旋伞齿轮开式模锻成形
• 3.3 螺旋伞齿轮精锻新型模具设计
• 3.3.1 螺旋伞齿轮成形新工艺
• 3.3.2 锻件图的制订
• 3.3.3 毛坯的选择
• 3.3.4 坯料加热方式的确定
• 3.3.5 无飞边精密模锻的润滑
• 3.3.6 锻件齿形设计
• 3.3.7 模具齿形设计
• 3.3.8 螺旋伞齿轮新型精锻模结构
• 参考文献
• 4 螺旋伞齿轮精锻成形力研究
• 4.1 引言
• 4.2 螺旋伞齿轮齿形简化
• 4.2.1 曲齿长度的计算
• 4.2.2 齿形体积的计算
• 4.2.3 齿形的简化
• 4.3 用主应力和上限联合法求解螺旋伞齿轮锻压成形力
• 4.3.1 开式模锻成形力求解
• 4.3.2 无飞边模锻成形力求解
• 4.4 用变形功法求解螺旋伞齿轮锻压成形力
• 4.4.1 开式模锻成形力求解
• 4.4.2 无飞边模锻成形力求解
• 4.5 用经验公式法求解螺旋伞齿轮锻压成形力
• 4.6 成形力求解结果分析
• 参考文献
• 5 螺旋伞齿轮精锻成形的数值模拟
• 5.1 刚粘塑性有限元法概述
• 5.1.1 刚粘塑性材料基本假设
• 5.1.2 塑性力学的基本方程和边界条件
• 5.1.3 刚粘塑性材料的变分原理
• 5.1.4 刚粘塑性有限元法的分析过程
• 5.2 DEFORM-3D 软件介绍
• 5.3 模具和坯料的几何造型
• 5.4 螺旋伞齿轮精锻成形数值模拟前处理
• 5.4.1 模型导入
• 5.4.2 网格划分与重划分
• 5.4.3 初始条件设置
• 5.5 模拟结果及分析
• 5.5.1 速度场分布分析
• 5.5.2 应变场分布分析
• 5.5.3 应力场分布分析
• 5.5.4 温度场分布分析
• 5.5.5 成形载荷分析
• 5.6 成形工艺参数优化
• 5.6.1 始锻温度
• 5.6.2 成形速度
• 5.6.3 摩擦条件
• 参考文献
• 6 螺旋伞齿轮精锻成形工艺实验
• 6.1 实验条件
• 6.2 实验结果
• 结论
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文