论文题目: 直齿轮冷精锻成形数值模拟分析与实验研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 材料加工工程
作者: 胡成亮
导师: 刘全坤
关键词: 直齿轮,挤压,闭式锻造,数值模拟
文献来源: 合肥工业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文将无限多预成形连续成形的设计思想和分流原理结合起来,初步确定了直齿轮冷挤压成形工艺方案。该方案通过连续渐变的齿廓曲面迫使金属向齿顶方向逐步流动,减小了金属充填齿腔的阻力,从而可以在改善齿轮充填性的同时降低成形力。利用三维造型软件建立凹模型腔曲面,并通过模拟软件仿真齿轮挤压过程中的金属流动过程。模拟结果表明,齿腔充填饱满且无塌角缺陷。 采用方案比较法,基于模具形状对传统的直齿轮闭式锻造成形方案进行改进。在多方案比较时,采用二维模拟的方法,节省了计算时间,降低了计算成本。简单地探讨了成形过程中的金属流动规律,认为径向流动速度分布可以作为设计方案的评价标准。最终得到一种合理可行的改进方案,即将凸模端面设计成“～”形,凹模型腔底面设计成“～”形,对齿轮成形有利。 通过对三维数值模拟实施过程中几何建模、接触、网格自适应和重划分等关键技术问题的处理,顺利完成传统方案和改进方案的模拟。由两方案的数值模拟结果对比可知:改进方案的应力应变及径向流动速度分布均匀;改进方案的成形效果好,克服了齿轮上下角隅充填不满的缺陷,同时降低了成形力及能耗。实验结果和模拟结果具有良好的一致性,从而进一步证明本文所提出的改进方案是合理可行的。
论文目录:
第一章 绪论
1．1 引言
1．2 直齿轮冷精锻技术的现状
1．2．1 变形规律分析
1．2．2 工艺和模具设计
1．2．3 质量和精度控制
1．3 直齿轮冷精锻技术存在的主要问题
1．4 课题来源及研究内容
1．4．1 课题来源
1．4．2 研究内容
第二章 塑性成形模拟及其基本分析方法
2．1 塑性成形工艺特点
2．1．1 多种成形工艺并存
2．1．2 变形行为复杂
2．2 塑性成形模拟分析的一般流程
2．3 塑性成形模拟的基本分析方法
2．3．1 基本分析方法简介
2．3．2 有限单元法的优点
2．4 体积成形特点及模拟软件简介
2．4．1 体积成形特点
2．4．2 模拟软件 MSC．Spuerform简介
第三章 刚塑性有限元理论基础
3．1 刚塑性材料的基本假设
3．2 刚塑性材料的边值问题
3．3 刚塑性材料的变分原理
3．3．1 理想刚塑性材料的变分原理
3．3．2 刚塑性材料不完全广义变分原理
3．4 刚塑性有限元法求解过程
第四章 直齿轮成形工艺方案的确定
4．1 成形方案1(冷挤压)
4．1．1 无限多预成形连续成形的设计思想
4．1．2 分流原理及其方法
4．1．2．1 分流基本原理
4．1．2．2 分流基本方法
4．1．3 相似成形
4．1．4 齿轮冷挤压工艺方案的初步设计
4．2 成形方案2(闭式锻造)
4．2．1 设计方案的比较
4．2．1．1 方案比较的思路
4．2．1．2 方案比较的方法
4．2．1．3 四种方案的比较
4．2．1．4 方案比较的结果
4．2．2 改进方案的力学分析
第五章 三维数值模拟实施中的关键问题处理
5．1 几何建模与模型转换
5．1．1 直齿轮的三维参数化设计
5．1．2 直齿轮挤压方案有限元模型的建立
5．1．3 直齿轮闭式锻造方案有限元模型的建立
5．2 坯料的网格划分
5．2．1 六面体单元和四面体单元
5．2．2 网格的数量和质量
5．2．3 半自动网格生成方法
5．3 材料参数的定义
5．4 接触处理
5．4．1 接触问题的描述方法
5．4．2 接触体的具体定义
5．5 网格自适应与重划分
5．5．1 网格自适应技术
5．5．2 网格重划分技术
5．5．2．1 四面体网格重划分的准则
5．5．2．2 网格局部细化技术的应用
5．6 求解方法
5．6．1 更新的拉格朗日法和欧拉法
5．6．2 非线性方程组的求解及收敛控制
5．6．3 求解器的选择
第六章 直齿轮成形的数值模拟结果分析
6．1 直齿轮挤压数值模拟结果分析
6．1．1 应变场分析
6．1．2 速度场分析
6．1．3 摩擦力分析
6．2 直齿轮锻造数值模拟结果分析
6．2．1 应力场对比
6．2．2 应变场对比
6．2．3 速度场对比
6．2．4 位移场对比
6．2．5 成形效果对比
6．2．6 成形力能对比
第七章 直齿轮闭式锻造实验研究及结果分析
7．1 实验目的
7．2 试样制备
7．3 实验模具设计与加工
7．3．1 简易模具设计
7．3．2 简易模具加工
7．4 实验过程
7．5 实验结果与数值模拟结果的对比分析
7．5．1 成形效果的对比分析
7．5．2 成形力的对比分析
第八章 结束语
8．1 完成主要的工作及结论
8．2 研究展望
参考文献
硕士期间发表论文及参与的科研项目
发布时间: 2005-07-13
参考文献
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