畢業(yè)論文---半軸齒輪的熱精鍛成形工藝

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，閉塞式精鍛技術(shù)也取得了巨大的進(jìn)步。本課題以半軸齒輪為例，先利用模具CAD技術(shù)對(duì)半軸齒輪進(jìn)行三維實(shí)體建模，然后應(yīng)用FEM模擬技術(shù)等對(duì)半軸齒輪的成形過程進(jìn)行數(shù)值模擬仿真。再根據(jù)模擬研究出的結(jié)果確定出實(shí)際生產(chǎn)加工中的重要工藝參數(shù)，并優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)。</p><p>　　閉

2、塞式精鍛工藝屬于金屬塑性加工的先進(jìn)工藝，齒輪精鍛就是通過精密鍛造直接獲得完整齒形，且齒面不需或僅需少許精加工即可使用的齒輪制造技術(shù)。它有效地改善了齒輪的組織和性能。精鍛齒輪的齒形精度能達(dá)到精密級(jí)公差、余量標(biāo)準(zhǔn)，工件只需少量精加工就可進(jìn)行熱處理，提高了生產(chǎn)效率及材料利用率，降低了生產(chǎn)成本，大大提高了齒輪制造的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。</p><p>　　在這個(gè)研究中我們能夠分析金屬在成形過程中各種場(chǎng)變量的變化，預(yù)測(cè)金屬流動(dòng)趨

3、勢(shì)，并就不同的凸、凹模結(jié)構(gòu)及形狀尺寸、連皮厚度、連皮相對(duì)于齒輪端面距離等對(duì)半軸齒輪的成形載荷、金屬流動(dòng)情況(或充填性)以及模具壽命等的影響規(guī)律進(jìn)行研究，確定了最優(yōu)的凸、凹模結(jié)構(gòu)、連皮厚度以及連皮相對(duì)于齒輪端面的距離等工藝參數(shù)。進(jìn)而根據(jù)優(yōu)化出來的結(jié)果設(shè)計(jì)出了一套合理的熱精鍛工藝和基于800噸雙動(dòng)液壓機(jī)的模具。更多詳細(xì)內(nèi)容可以查看報(bào)告。</p><p>　　通過本課題的研究，將精密鍛造理論，數(shù)值模擬仿真技術(shù)以及模具C

4、AD／CAM技術(shù)結(jié)合起來，達(dá)到了提高生產(chǎn)效率、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、提高模具壽命、降低能耗和生產(chǎn)成本等目的。本課題的研究成果可以為其他錐齒輪的生產(chǎn)以及相關(guān)的模具設(shè)計(jì)提供理論和實(shí)踐依據(jù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 半軸齒輪 閉塞式精鍛 FEM模擬 熱精鍛成形</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Dur

5、ing recent years，with the rapid development of computer technology，the technology of enclosed—die forging has achieved great progresses，In this research a kind of half axle gear was introduced．whose model was made by the

6、 CAD technology．The forming process of the half axle gear was simulated by FEM software．Then according to the result simulated from the software to work out the important industrial parameters which is used in real forgi

7、ng progress，and to optimize the structure of molds．</p><p>　　Enclosed—die forging process is one of the advanced processes in the field of metal forming．Full tooth of gear can be obtained through precision f

8、orging process，and the tooth need no or little precision machining only．The structure and performance of gear can be improved effectively through this process． The precision of gear shape can come to a very high level．Th

9、e workpiece needs only a little of machining before heat treatment．The process increases productivity rate and use ratio of materials，</p><p>　　In this study we can get the transformations of the fields duri

10、ng the process of metal forming were investigated，the tendency of metallic flow was forecasted，and the rules how various items affect the forming load，metallic flow，the life of dies were discovered．The factors include th

11、e different structures of male and female die，web thickness，the distance between web and big-end face of gear，etc．And the most suitable die structure，web thickness and distance were made certain．A proper warm forging <

12、;/p><p>　　The theory of precision forging，technology of FEM simulation and mould CAD／CAM are integrated through this research，which helps to shorten developing period，prolong life—span of die，and cut down the c

13、ost，etc．The progeny of the research can provide accordance for other bevel gears’producing．</p><p>　　Key words: half axle gear enclosed—die forging FEM simulation warm forging progress</p><p>

14、;<b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ Ⅰ</p><p>　　Abstract┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ Ⅱ</p><p>　　第1章 緒論┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 1</p><

15、;p>　　1.1 課題背景┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 1</p><p>　　1.2 主要研究?jī)?nèi)容┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 1</p><p>　　1.2.1 變形規(guī)律分析┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 1</p><p>　　1.2.2 工藝和模具設(shè)計(jì)┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 2&

16、lt;/p><p>　　1.2.3 質(zhì)量和精度控制┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 2</p><p>　　1.3 研究目的和意義┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 2</p><p>　　1.4 研究的可行性┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 3</p><p>　　第2章 工藝分析 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈

17、┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 4</p><p>　　2.1 冷精鍛┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 4</p><p>　　2.2 熱精鍛┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 4</p><p>　　2.3 溫精鍛┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 4</p><p>　　2.4 工

18、藝方案制定┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 5</p><p>　　第3章 模擬分析 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 6</p><p>　　3.1 不同溫度對(duì)齒輪成形性的影響┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 6</p><p>　　3.1.1 冷鍛┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 6</p>&

19、lt;p>　　3.1.2 熱鍛┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 9</p><p>　　3.1.3 小結(jié)┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 11</p><p>　　3.2 模具結(jié)構(gòu)對(duì)齒輪成形性的影響┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 11</p><p>　　3.2.1 平底凸模結(jié)構(gòu)┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈

20、 11</p><p>　　3.2.2 帶凸臺(tái)的凸模結(jié)構(gòu)┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 12</p><p>　　3.2.3 小結(jié)┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 15</p><p>　　3.3 不同連皮厚度對(duì)齒輪成形性的影響┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 15</p><p>　　3.3.1 連皮厚度t=7.6

21、mm時(shí)的模擬結(jié)果分析┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 15</p><p>　　3.3.2 連皮厚度t=11.4mm時(shí)的模擬結(jié)果分析┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 18</p><p>　　3.3.3 連皮厚度t=15.2mm時(shí)的模擬結(jié)果分析┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 21</p><p>　　3.3.4 小結(jié)┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 23</p>&l

22、t;p>　　3.4 不同連皮位置對(duì)齒輪成形性的影響┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 24</p><p>　　3.4.1 當(dāng)h=0.4H時(shí)的結(jié)果模擬分析┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 24</p><p>　　3.4.2 當(dāng)h=0.5H時(shí)的結(jié)果模擬分析┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 26</p><p>　　3.4.3 當(dāng)h=0.6H時(shí)的結(jié)果模擬分析┈┈┈┈┈┈┈

23、┈┈┈┈┈┈ 29</p><p>　　3.4.4 小結(jié)┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 31</p><p>　　3.5 模擬結(jié)論┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 32</p><p>　　第4章 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 33</p><p>　　4.1 雙動(dòng)液

24、壓機(jī)參數(shù)┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 33</p><p>　　4.2 整體模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 34</p><p>　　結(jié)論（總結(jié)）┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 35</p><p>　　致謝 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 36</p>

25、<p>　　參考文獻(xiàn) ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 37</p><p>　　附錄 ┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈┈ 38</p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　本課題所研究的對(duì)象是半軸齒輪的熱精鍛成形工藝。該產(chǎn)品是長(zhǎng)安汽車上的行星半軸齒

26、輪，現(xiàn)行生產(chǎn)工藝采用熱鍛成形、冷鍛精整的方法進(jìn)行生產(chǎn)。</p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　齒輪精密鍛造技術(shù)源于德國(guó)。早在20世紀(jì)50年代,由于缺乏足夠的齒輪加工機(jī)床,德國(guó)人開始用閉式熱模鍛的方法試制錐齒輪。其中的主要特征是使用了當(dāng)時(shí)很新的電火花加工工藝來制造鍛模的型腔。另外還對(duì)鍛造工藝過程進(jìn)行了嚴(yán)格地控制。20世紀(jì)60年代開始了

27、圓柱齒輪的鍛造研究, 20世紀(jì)70年代有較大的發(fā)展,這主要是受到來自汽車工業(yè)降低成本的壓力。到20世紀(jì)80年代,鍛造技術(shù)更加成熟,能達(dá)到更高的精度和一致性,使鍛造生產(chǎn)齒輪能在流水生產(chǎn)線上準(zhǔn)確定位,適合于批量生產(chǎn)。</p><p>　　目前,比較一致認(rèn)同的工藝途徑為熱鍛、溫鍛和冷鍛的結(jié)合。熱鍛、溫鍛可實(shí)現(xiàn)高效能和材料的高利用率,冷鍛過程則修正熱、溫鍛過程的誤差和提高表面質(zhì)量。同時(shí),冷處理工藝還能使輪齒表面獲得殘余壓

28、應(yīng)力,提高齒輪的壽命。經(jīng)過多年的發(fā)展，行星齒輪、半軸齒輪精鍛技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車差速器的生產(chǎn)中。目前規(guī)模較大的企業(yè)有：江蘇太平洋精密鍛造有限公司、一汽專用汽車有限公司、青島三星精鍛齒輪有限公司、株洲齒輪股份有限公司、興城粉末冶金有限公司、江蘇飛船股份有限公司等。</p><p>　　目前，行星齒輪、半軸齒輪工作過程中出現(xiàn)的主要質(zhì)量問題是行星齒輪和半軸齒輪打齒。從齒輪角度分析主要原因有：行星齒輪和半軸齒輪接觸區(qū)偏

29、小、安裝距波動(dòng)超差、根錐角偏小、大端倒角偏大，以及背錐尺寸偏小。行星齒輪和半軸齒輪接觸區(qū)偏向齒頂，使齒輪單齒承受的彎矩偏大，這與行星齒輪和半軸齒輪齒廓的理論形狀、嚙合過程中的齒隙及重合度有直接的關(guān)系；安裝距波動(dòng)超差造成齒輪個(gè)別齒承受較大的載荷，這與齒輪加工后的周節(jié)誤差關(guān)系較大。此外，根錐角偏小導(dǎo)致單齒強(qiáng)度削弱；大端倒角偏大和背錐尺寸偏小都不同程度地減小了齒輪的接觸區(qū)。齒輪打齒除了齒輪自身的形狀和加工精度的影響之外，十字軸、差速器殼、墊片

30、等零件的加工質(zhì)量及裝配質(zhì)量也有著不可忽視的影響。</p><p>　　近年來，行星齒輪、半軸齒輪精鍛和模具制造技術(shù)得到了快速發(fā)展，從材料的控制、加熱到精鍛工藝、再到模具加工，以及后續(xù)的熱處理和機(jī)械加工各個(gè)環(huán)節(jié)都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。未來的精鍛行星齒輪和半軸齒輪將向更高的精度、強(qiáng)度及更小的嚙合噪聲方向發(fā)展。</p><p>　　1.2 主要研究?jī)?nèi)容</p><p>　　1.

31、2.1 變形規(guī)律分析</p><p>　　在20世紀(jì)90年代初期，人們主要采用一些傳統(tǒng)理論方法研究齒輪精鍛，Kondo K等提出了精鍛齒輪的分流減壓原理，Ohga K等論述了其適用范圍。Dohamann F等用數(shù)值逼近法和主壓力法分析了冷精鍛齒輪時(shí)金屬流動(dòng)和模具應(yīng)力情況，給出了沿齒面輪廓的法向應(yīng)力分布圖。Chitkara N R等用基于主應(yīng)力法的自由體平衡法模擬了各種軸對(duì)稱坯料增量鍛造直齒輪的過程。王洪義設(shè)計(jì)了用

32、帶減壓孔的坯料精鍛圓柱齒輪的壓力計(jì)算模型。隨著研究的深入，上限法被證明是一種用于齒輪精鍛力能分析預(yù)測(cè)的好方法。Abdul N A等早在1986年就用上限法分析了直齒圓柱齒輪精鍛過程中齒數(shù)，齒根圓直徑，摩擦等因素對(duì)金屬流動(dòng)和鍛造變形力的影響。隨后，Choi J C等[1]用上限法對(duì)實(shí)心圓柱坯料精鍛直齒圓柱齒輪進(jìn)行了較為精確的分析。Chitkara N R等[2]用上限法分析了鐓鍛直齒輪的變形規(guī)律，在此基礎(chǔ)上用計(jì)算機(jī)模擬了增量鍛造直齒輪時(shí)的

33、變形力和應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律。林治平等[4]用上限法對(duì)空實(shí)心坯料精鍛(帶轂)直齒圓柱齒輪等各種工藝方案進(jìn)行了理論分析和計(jì)算機(jī)模擬。劉慶斌等[5]用上限法正反向模擬了直齒圓柱齒輪擠壓成形。</p><p>　　1.2.2 工藝和模具設(shè)計(jì)</p><p>　　國(guó)內(nèi)外學(xué)者在進(jìn)行理論研究的同時(shí)，也設(shè)計(jì)了各種齒輪精鍛工藝方案和模具，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。早在1987年，Tuncer C等就提出了浮動(dòng)凹模精鍛空心

34、件思想，歸納了無飛邊鍛模制造和使用的各種工藝要點(diǎn)，設(shè)計(jì)了數(shù)種模具。1991年Drecum V M等開發(fā)了一套參數(shù)化的直齒圓柱齒輪精鍛模CAD軟件。1993年，Nagai Y研究了用預(yù)制杯形件通過拉延、整形、變薄拉延和壓縮4個(gè)工步冷鍛具有較大沉孔的直齒圓柱齒輪的成形方案。近年來，林治平[4]設(shè)計(jì)了專用組合模具，其特點(diǎn)是分別利用浮動(dòng)凹模和上模環(huán)行飛邊槽，保證齒底和齒頂角部充滿。劉慶斌等[8]針對(duì)直齒圓柱齒輪塑性擠壓成形時(shí)齒頂角部充滿困難提出

35、了幾種解決方案。田福祥[9,10]提出了首先用熱精鍛初步成形輪齒，然后用冷推擠精整齒面精度的聯(lián)合成形工藝，其特點(diǎn)是對(duì)熱鍛模的精度要求不高，并研究了齒輪精鍛模具齒形參數(shù)的計(jì)算方法。</p><p>　　1.2.3 質(zhì)量和精度控制</p><p>　　齒輪精鍛成形技術(shù)的成功關(guān)鍵在于質(zhì)量和精度的控制。國(guó)內(nèi)外分析研究表明，模具設(shè)計(jì)、加熱方式、坯料尺寸等因素是保證齒輪鍛件精度的關(guān)鍵，模具的加工方法、

36、磨損和彈性變形、潤(rùn)滑與冷卻、能否充分排氣排污都影響著齒形精度。</p><p>　　1.3 研究目的和意義</p><p>　　齒輪作為傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的最基本的機(jī)械零件，在汽車、摩托車行業(yè)中應(yīng)用量相當(dāng)大。傳統(tǒng)的齒輪切削加工技術(shù)存在著金屬纖維被切斷而降低了齒輪強(qiáng)度，材料利用率較低，能源和工時(shí)消耗較大等不足。因此國(guó)內(nèi)外曾對(duì)軋制，擠壓，粉末鍛造，精密沖裁齒輪等少無切削技術(shù)進(jìn)行了研究開發(fā)。目前，齒

37、輪精鍛技術(shù)日益受到了國(guó)內(nèi)外的高度重視。齒輪精鍛的特點(diǎn)是：</p><p>　?。?）改善了齒輪的組織和性能</p><p>　　精鍛使金屬三向受壓，晶粒及組織變細(xì)，致密度提高，微觀缺陷減少；精鍛還使金屬流線沿齒形連續(xù)均勻分布，提高了齒輪的機(jī)械性能。一般束說，精鍛可使輪齒強(qiáng)度提高20％以上，抗沖擊強(qiáng)度提高約15％，抗彎曲疲勞強(qiáng)度提高約20％，齒輪的使用壽命延長(zhǎng)l倍以上。</p>

38、<p>　?。?）精度能達(dá)到精密級(jí)公差、余量標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　工件不需或者只需少量精加工就可進(jìn)行熱處理或直接使用，提高了生產(chǎn)效率及材料利用率，降低了生產(chǎn)成本。一般來說，精鍛可使生產(chǎn)效率提高1倍以上，材料利用率提高40％左右，批量生產(chǎn)成本降低30％上。因此大大提高了齒輪的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。</p><p>　　1.4 研究的可行性</p><p>　　

39、采用當(dāng)今世界上最先進(jìn)，也是最有效的體積成形模擬軟件DEFORM來全面分析半軸齒輪熱精密成形過程的金屬流動(dòng)及應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律，以達(dá)到預(yù)測(cè)和消除成形缺陷、優(yōu)化工藝及模具參數(shù)、預(yù)測(cè)模具中的應(yīng)力分布并防止模具過早失效，從而大大減少工藝及模具試驗(yàn)次數(shù)，確保工藝及模具設(shè)計(jì)的正確性和試驗(yàn)的成功等目的：結(jié)合國(guó)內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)資料，以及各地齒輪廠多年在熱精密塑性成形加工的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，研究和設(shè)計(jì)汽車用半軸齒輪的熱精鍛成形工藝、具有良好互換性的熱精鍛模具和精

40、滾輪齒夾具等；然后利用800噸雙動(dòng)液壓機(jī)完成試驗(yàn)；最后在校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室對(duì)精鍛齒輪的組織、機(jī)械性能和使用壽命進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估。以上的軟件和硬件設(shè)施為本課題的順利進(jìn)行提供了有力的保障。</p><p><b>　　第2章 工藝分析</b></p><p>　　本章主要針對(duì)半軸齒輪的精鍛工藝進(jìn)行分析。按照坯料加熱溫度的不同，精鍛工藝又可以分為冷精鍛、溫精鍛和熱精鍛。下面就這三種

41、不同的成形工藝分別進(jìn)行討論。</p><p><b>　　2.1 冷精鍛</b></p><p>　　冷精鍛通常指的是在室溫下對(duì)毛坯進(jìn)行精密鍛造。采用冷精鍛工藝的優(yōu)點(diǎn)是：可以降低原材料消耗，材料利用率高；鍛壓后的金屬材料晶粒組織更加細(xì)小而致密：金屬流線不被切斷加上所產(chǎn)生的加工硬化特征，可使鍛件的強(qiáng)度大為提贏：可以獲得較高的尺寸精度和較高的表面光潔度。但其缺點(diǎn)是：成形單

42、位壓力大，模具易磨損，損壞，因此要求模具材料好；對(duì)成形設(shè)備要求較高，噸位要大．除了要求鍛艇設(shè)備應(yīng)有較大的強(qiáng)度以外，還要求較好的剛度；且通常要在鍛壓前對(duì)坯料做磷化皂化處理，且處理的好壞直接關(guān)系到后序鍛造的效果。</p><p><b>　　2.2 熱精鍛</b></p><p>　　熱精鍛工藝是將毛坯加熱到金屬再結(jié)晶溫度上某個(gè)適當(dāng)?shù)臒徨憸囟确秶鷥?nèi)鍛造。熱精鍛時(shí)坯料的加熱

43、溫度高，變形抗力小，成形較為容易，但是由于加熱溫度高，容易產(chǎn)生高溫氧化，脫碳以及熱膨脹等問題，降低了產(chǎn)品的尺寸精度和表面質(zhì)量，因而一般需要大量的切削加工，才能作為最終產(chǎn)品。</p><p><b>　　2.3 溫精鍛</b></p><p>　　溫精鍛是將毛坯加熱到金屬再結(jié)晶溫度以下某個(gè)適當(dāng)?shù)臏囟冗M(jìn)行鍛造。由于金屬加熱，毛坯的變形抗力減小，成形容易，壓力機(jī)的噸位也可以

44、減小，而且模具的壽命延長(zhǎng)。但與熱精鍛不同的是，因?yàn)樵谳^低溫度范圍內(nèi)加熱，工件氧化，脫碳的可能性小，而產(chǎn)品的機(jī)械性能與冷精鍛的產(chǎn)品差別不大。特別是在室溫下難加工的材料，例如析出硬化相的不銹鋼和中高碳鋼、含鉻量高的一些鋼、高溫合金以及鈦合金等，在溫精鍛時(shí)可能變成可以加工或者更容易加工。</p><p>　　溫精鍛不僅適用于變形抗力高的難加工材料，就是對(duì)于冷精鍛適宜的低碳鋼，也適合作為溫精鍛的對(duì)象，因?yàn)闇鼐懹斜阌诮M織

45、連續(xù)生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。在冷精鍛時(shí)，包括冷精鍛低碳鋼在內(nèi)，一般在加工前要進(jìn)行預(yù)先軟化退火，在各道冷鍛工序之間也要進(jìn)行退火處理，而且冷精鍛以前要進(jìn)行磷化皂化處理，這就給組織連續(xù)生產(chǎn)帶來困難。溫精鍛時(shí)可以不進(jìn)行預(yù)先的軟化退火和各工序之間的退火，也可以不進(jìn)行表面處理，這就使得組織連續(xù)的生產(chǎn)成為可能，至少可以減小許多輔助工序。溫精鍛可以采用大的變形量，這樣可以減少工序數(shù)目。模具費(fèi)用也大為減少，而且不需要?jiǎng)傂詷O高的鍛壓設(shè)備，可以采用通用設(shè)備。雖然溫精鍛需

46、要加熱金屬，但總的費(fèi)用還是比較便宜。</p><p>　　2.4 工藝方案制定</p><p>　　半軸齒輪原精鍛工藝為：坯料加熱——粗鍛一切飛邊——去氧化皮——加熱——精鍛——切飛邊——表面清理——冷壓整形——切削內(nèi)孔、半軸和大端面——拉削內(nèi)孔花鍵——熱處理——噴丸。</p><p>　　上述工藝存在能耗多，材料利用率低，加工效率低，模具壽命短等諸多問題。為了解決

47、這些問題，現(xiàn)通過模擬仿真，研制出了節(jié)能、省料、高效的無飛邊溫精鍛工藝。</p><p>　　新工藝流程為：坯料少無氧化加熱——精鍛——表面清理——切削內(nèi)孔、半軸和大端面——拉削內(nèi)孔花鍵——熱處理一噴丸。該工藝與原工藝相比，省去了粗鍛、粗鍛后的加熱、去氧化皮、兩次切邊以及精整等六道工序，大大降低了能源消耗和人力消耗。材料利用率提高15％，達(dá)到90．1％，生產(chǎn)效率提高約一倍。</p><p>

48、　　圖2.1 半軸齒輪零件圖</p><p>　　圖2.2 精鍛件三維實(shí)體圖</p><p><b>　　第3章 模擬分析</b></p><p>　　影響齒輪成形的因素有很多，例如：坯料與模具之間的摩擦系數(shù)、坯料的加熱溫度、模具結(jié)構(gòu)、連皮厚度和位置、鍛壓設(shè)備的工作速率以及操作工人的素質(zhì)等等。本課題主要針對(duì)不同的鍛造溫度、凸凹模結(jié)構(gòu)、連皮厚度

49、和連皮位置(連皮相對(duì)于齒端面的距離)對(duì)齒輪充填性的影響，運(yùn)用有限元模擬軟件DEFORM一3D分別對(duì)其進(jìn)行了模擬分析，并確定了最優(yōu)的模具結(jié)構(gòu)和工藝方案。</p><p>　　3.1 不同溫度對(duì)齒輪成形性的影響</p><p><b>　　3.1.1 冷鍛</b></p><p>　　3.1.1.1 基本模型參數(shù)設(shè)置</p><

50、p>　　(1)材料為20Cr,美國(guó)牌號(hào)AISl5120，室溫</p><p>　　(2)采用剛(粘)塑性有限元模型</p><p>　　(3)成形過程屬于非穩(wěn)態(tài)，網(wǎng)格劃分時(shí)采用三維四面體單元，初始網(wǎng)格數(shù)12000</p><p>　　(4)輸入壓機(jī)速度250mm／s</p><p>　　(5)模擬步長(zhǎng)0．2mm／步</p>

51、<p>　　(6)摩擦邊界條件：模型采用剪切模型，摩擦系數(shù)選為0.12</p><p>　　3.1.1.2 模擬結(jié)果分析</p><p>　　凸凹模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3-1所示。坯料尺寸為φ42×80，該方案是按照傳統(tǒng)理論設(shè)計(jì)的,鍛件上大于φ25的孔要鍛出。模具采用平底凸模，上凹模為背錐模，下凹模為齒模。齒模中端的大端尖頂處不設(shè)尖角。圖3-2為坯料變形結(jié)束時(shí)的網(wǎng)格變形圖，圖

52、3-3為成形結(jié)束時(shí)的應(yīng)力圖，圖3-4為應(yīng)變分布圖，圖3-5為成形過程的行程-載荷曲線： </p><p>　　圖3-1 凸凹模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p><p>　　圖3-2 坯料變形結(jié)束時(shí)的網(wǎng)格變形圖</p><p>　　圖3-3 成形結(jié)束時(shí)的應(yīng)力圖 </p><p>　　圖3-4 應(yīng)變分布圖</p><p>　　圖3-5 成

53、形過程的行程-載荷曲線</p><p>　　從圖3-2可以看出，齒輪在室溫下鍛造(即冷鍛)時(shí)，金屬流動(dòng)極為困難，齒頂處很難充滿，難以保證齒輪的成形質(zhì)量和精度。由圖3-3、圖3-4、圖3-5得知，齒輪成形時(shí)的最大載荷約為858噸，最大流動(dòng)應(yīng)力高達(dá)823Mpa，在變形過程中會(huì)屬流速較快，變形劇烈且不穩(wěn)定，容易造成折疊，開裂等缺陷。成形結(jié)束時(shí)載荷陡直上升，這對(duì)模具的強(qiáng)度和剛度要求非?？量?，模具的使用壽命很低。故該工藝方

54、案很不可靠，不予采用。</p><p><b>　　3.1.2 熱鍛</b></p><p>　　3.1.2.1 基本模型參數(shù)設(shè)置</p><p>　　(1)材料為20Cr,美國(guó)牌號(hào)AISl5120，加熱溫度800℃</p><p>　　(2)采用剛(粘)塑性有限元模型</p><p>　　(3)

55、成形過程屬于非穩(wěn)態(tài)，網(wǎng)格劃分時(shí)采用三維四面體單元，初始網(wǎng)格數(shù)12000</p><p>　　(4)輸入壓機(jī)速度250mm／s</p><p>　　(5)模擬步長(zhǎng)0．2mm／步</p><p>　　(6)摩擦邊界條件：模型采用剪切模型，摩擦系數(shù)選為0.25</p><p>　　3.1.2.2 模擬結(jié)果分析</p><p>

56、;　　該方案中坯料與模具結(jié)構(gòu)同3.1.1冷鍛一節(jié)中的一樣（見圖3-1），仍采用平底凸模結(jié)構(gòu)，只是將坯料加熱到800℃進(jìn)行熱鍛。圖3-6為坯料變形結(jié)束時(shí)的網(wǎng)格變形圖，圖3-7為成形結(jié)束時(shí)的應(yīng)力圖，圖3-8為應(yīng)變分布圖，圖3-9為成形過程的行程-載荷曲線：</p><p>　　圖3-6 坯料變形結(jié)束時(shí)的網(wǎng)格變形圖</p><p>　　圖3-7 成形結(jié)束時(shí)的應(yīng)力圖</p><

57、p>　　圖3-8 應(yīng)變分布圖</p><p>　　圖3-9 成形過程的行程-載荷曲線</p><p>　　從圖3-6、圖3-7、圖3-8、圖3-9可以看出，在相同模具結(jié)構(gòu)和坯料形狀的情況下．熱鍛時(shí)的最大成形載荷相比冷鍛大大降低，只有253.5噸，且最大流動(dòng)應(yīng)力只有301MPa，材料變形均勻，金屬流動(dòng)條件大大改善。</p><p><b>　　3.1.

58、3 小結(jié)</b></p><p>　　采用熱鍛工藝成形齒輪與采用冷鍛工藝相比，大大降低了成形載荷和金屬流動(dòng)應(yīng)力，有效的改善了會(huì)屬的充填性和模具的受力環(huán)境，使得齒輪的成形更為容易，模具壽命也相應(yīng)得到延長(zhǎng)。但仍沒有從根本上解決齒形的充填問題，齒頂仍然難以充滿，故仍需改進(jìn)工藝方案。</p><p>　　3.2 模具結(jié)構(gòu)對(duì)齒輪成形性的影響</p><p>　　3

59、.2.1 平底凸模結(jié)構(gòu)</p><p>　　基本模型參數(shù)與“3.1.2 熱鍛”一節(jié)中的一樣，凸凹模結(jié)構(gòu)也與3.1.1.2節(jié)中的一樣（見圖3-1）。故最終的模擬結(jié)果與“3.1.2 熱鍛”一節(jié)中的相同，齒形充填仍不飽滿。表3-1列出了模擬結(jié)束時(shí)的一些數(shù)據(jù)：</p><p>　　表3-1 模擬結(jié)束時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)</p><p>　　3.2.2 帶凸臺(tái)的凸模結(jié)構(gòu)</

60、p><p><b>　　基本模型參數(shù)設(shè)置：</b></p><p>　　(1)坯料規(guī)格為φ58×80，材料為20Cr,美國(guó)牌號(hào)AISl5120，加熱溫度800℃</p><p>　　(2)采用剛(粘)塑性有限元模型</p><p>　　(3)成形過程屬于非穩(wěn)態(tài)，網(wǎng)格劃分時(shí)采用三維四面體單元，初始網(wǎng)格數(shù)15000&l

61、t;/p><p>　　(4)輸入壓機(jī)速度250mm／s</p><p>　　(5)模擬步長(zhǎng)0．2mm／步</p><p>　　(6)摩擦邊界條件：模型采用剪切模型，摩擦系數(shù)選為0.25</p><p>　　凸凹模簡(jiǎn)圖如圖3-10所示：上下凸模與坯料接觸端均設(shè)有凸臺(tái)，直徑為φ38mm，成形時(shí)鍛出內(nèi)孔；且齒模在下，背錐模在上面，這樣有利于坯料定位和頂

62、出工件。該方案中齒模大端齒頂處設(shè)置尖角。連皮厚度定為11.4mm，其中心線與分模面處在同一個(gè)水平面。</p><p>　　圖3-10 凸凹模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖</p><p>　　圖3-11為網(wǎng)格變形圖，圖3-12為應(yīng)力分布圖，圖3-13為應(yīng)變分布圖，圖3-14為行程-載荷曲線圖。</p><p>　　圖3-11 網(wǎng)格變形圖</p><p>　　圖3-

63、12 應(yīng)力分布圖</p><p>　　圖3-13 應(yīng)變分布圖</p><p>　　圖3-14 行程-載荷曲線圖</p><p>　　表3-2 模擬結(jié)束時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)</p><p>　　在該工藝方案中，雖然工件成形時(shí)齒項(xiàng)鍛出了尖角，增加了一道后續(xù)切除工序，但帶來的好處是：可以起到像飛邊槽一樣的容納多余金屬的作用，并確保齒廓面的完全充滿。在凸模下

64、端與項(xiàng)桿上端加一大小、形狀適當(dāng)?shù)耐古_(tái)，可對(duì)毛坯產(chǎn)生一定的徑向力，便于分流，更有效的改善了齒頂?shù)某涮顥l件。</p><p><b>　　3.2.3 小結(jié)</b></p><p>　　對(duì)照表3-1，表3-2可以看出，改進(jìn)了凸凹模結(jié)構(gòu)后，齒輪的最大成形載荷和流動(dòng)應(yīng)力降低，并且成形終了時(shí)材料的損傷傾向有所減小，最終使得齒輪的成形更加順利，且模具壽命也得到相應(yīng)的延長(zhǎng)。而且凸臺(tái)

65、的引入使材料利用率得到增加，并減少了后續(xù)加工內(nèi)孔的工時(shí)，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。</p><p>　　3.3 不同連皮厚度對(duì)齒輪成形性的影響</p><p>　　圖3-15為連皮厚度示意圖。圖中d=38mm，H=19.4mm，t表示連皮厚度，h表示連皮中心線與齒輪上端面之間的距離。模具結(jié)構(gòu)見圖3-10，當(dāng)h=0．5H，即連皮中心線經(jīng)過齒輪大端尖頂時(shí)，不同連皮厚度對(duì)齒輪充填質(zhì)量的影響如下所述：&l

66、t;/p><p>　　圖3-15 連皮厚度示意圖</p><p>　　3.3.1 連皮厚度t=7.6mm時(shí)的模擬結(jié)果分析</p><p>　　3.3.1.1 基本模型參數(shù)設(shè)置</p><p>　　(1)坯料規(guī)格為φ58×80，材料為20Cr,美國(guó)牌號(hào)AISl5120，加熱溫度800℃</p><p>　　(2)

67、采用剛(粘)塑性有限元模型</p><p>　　(3)成形過程屬于非穩(wěn)態(tài)，網(wǎng)格劃分時(shí)采用三維四面體單元，初始網(wǎng)格數(shù)15000</p><p>　　(4)輸入壓機(jī)速度250mm／s</p><p>　　(5)模擬步長(zhǎng)0．5mm／步</p><p>　　(6)摩擦邊界條件：模型采用剪切模型，摩擦系數(shù)選為0.25</p><p&

68、gt;　　3.3.1.2模擬結(jié)果分析</p><p>　　在這個(gè)方案中，設(shè)置連皮厚度t=7.6mm。圖3-16為坯料變形結(jié)束時(shí)的網(wǎng)格變形圖，圖3-17為成形結(jié)束時(shí)的應(yīng)力圖，圖3-18為應(yīng)變分布圖， 圖3-19為成形過程的行程-載荷曲線：</p><p>　　圖3-16 坯料變形結(jié)束時(shí)的網(wǎng)格變形圖</p><p>　　圖3-17 成形結(jié)束時(shí)的應(yīng)力圖</p>

69、<p>　　圖3-18 應(yīng)變分布圖</p><p>　　圖3-19 成形過程的行程-載荷曲線</p><p>　　從圖3-16～圖3-19可以看出，齒輪成形結(jié)束時(shí)應(yīng)力應(yīng)變分布不均勻，成形不穩(wěn)定，金屬流動(dòng)性較差，齒輪充填不滿。模擬結(jié)束時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)見表3-3：</p><p>　　表3-3模擬結(jié)束時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)</p><p>　　3

70、.3.2 連皮厚度t=11.4mm時(shí)的模擬結(jié)果分析</p><p>　　3.3.2.1 基本模型參數(shù)設(shè)置</p><p>　　本節(jié)中基本模型參數(shù)的設(shè)置與t=7.6mm時(shí)的設(shè)置相同。</p><p>　　3.3.2.2模擬結(jié)果分析</p><p>　　在這個(gè)方案中，設(shè)置連皮厚度t=11.4mm。圖3-20為坯料變形結(jié)束時(shí)的網(wǎng)格變形圖，圖3-2

71、1為成形結(jié)束時(shí)的應(yīng)力圖，圖3-22為應(yīng)變分布圖， 圖3-23為成形過程的行程-載荷曲線：</p><p>　　圖3-20 網(wǎng)格變形圖</p><p>　　圖3-21 應(yīng)力分布圖</p><p>　　圖3-22 應(yīng)變分布圖</p><p>　　圖3-23 行程-載荷曲線圖</p><p>　　從圖3-20～圖3-23可以

72、看出，齒輪成形結(jié)束時(shí)應(yīng)力應(yīng)變分布也較為均勻，金屬流動(dòng)性更好，齒輪充填非常飽滿，且材料損傷因子有所降低。模擬結(jié)束時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)見表3-4：</p><p>　　表3-4 模擬結(jié)束時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)</p><p>　　3.3.3 連皮厚度t=15.2mm時(shí)的模擬結(jié)果分析</p><p>　　3.3.3.1 基本模型參數(shù)設(shè)置</p><p>　　本節(jié)中

73、基本模型參數(shù)的設(shè)置與t=7.6mm時(shí)的設(shè)置相同。</p><p>　　3.3.3.2模擬結(jié)果分析</p><p>　　在這個(gè)方案中，設(shè)置連皮厚度t=15.2mm。圖3-24為坯料變形結(jié)束時(shí)的網(wǎng)格變形圖，圖3-25為成形結(jié)束時(shí)的應(yīng)力圖，圖3-26為應(yīng)變分布圖， 圖3-27為成形過程的行程-載荷曲線：</p><p>　　圖3-24 網(wǎng)格變形圖</p>&

74、lt;p>　　圖3-25 應(yīng)力分布圖</p><p>　　圖3-26 應(yīng)變分布圖</p><p>　　圖3-27 行程-載荷曲線圖</p><p>　　從圖3-23～圖3-27可以看出，金屬流動(dòng)性一般，齒輪充填性不太好，齒形剛好充滿，且最大成形載荷相對(duì)較小。模擬結(jié)束時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)見表3-5：</p><p>　　表3-5 模擬結(jié)束時(shí)的相關(guān)

75、數(shù)據(jù)</p><p><b>　　3.3.4 小結(jié)</b></p><p>　　對(duì)照表3-3,3-4,3-5模擬結(jié)束時(shí)的數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論：不同的連皮厚度對(duì)齒輪最大成形載荷、金屬流動(dòng)性、齒形的充填情況和材料損傷等的影響是不同的。當(dāng)連皮厚度t=15.2mm時(shí)，材料損傷大，金屬流動(dòng)性及齒形充填狀況差，且成形載荷相對(duì)較大；當(dāng)連皮厚度t=7.6mm時(shí)，齒形充填性差，材料損傷傾

76、向較大，載荷也較大；而當(dāng)連皮厚度t=11.4mm時(shí)，載荷最小，且金屬流動(dòng)性和齒形充填情況良好，而材料損傷情況適中。綜合考慮以上幾種因素，對(duì)于小模數(shù)的中小型半軸齒輪，可以確定當(dāng)連皮厚度t=0.3d時(shí)，對(duì)齒輪充填最有利。</p><p>　　3.4 不同連皮位置對(duì)齒輪成形性的影響</p><p>　　采用帶凸臺(tái)模具結(jié)構(gòu)（見圖3-10），d=38mm，H=19.4mm，t表示連皮厚度，h表示連皮

77、中心線與齒輪上端面之間的距離。當(dāng)t=11.4mm時(shí)，不同連皮位置對(duì)齒輪充填質(zhì)量的影響如下所述：</p><p>　　3.4.1 當(dāng)h=0.4H時(shí)的結(jié)果模擬分析</p><p>　　3.4.1.1 基本模型參數(shù)設(shè)置</p><p>　　(1)坯料規(guī)格為φ58×80，材料為20Cr,美國(guó)牌號(hào)AISl5120，加熱溫度800℃</p><p

78、>　　(2)采用剛(粘)塑性有限元模型</p><p>　　(3)成形過程屬于非穩(wěn)態(tài)，網(wǎng)格劃分時(shí)采用三維四面體單元，初始網(wǎng)格數(shù)10000</p><p>　　(4)輸入壓機(jī)速度250mm／s</p><p>　　(5)模擬步長(zhǎng)0．5mm／步</p><p>　　(6)摩擦邊界條件：模型采用剪切模型，摩擦系數(shù)選為0.25</p>

79、;<p>　　3.4.1.2模擬結(jié)果分析</p><p>　　在這個(gè)方案中，設(shè)置連皮厚度h=0.4H。圖3-28為坯料變形結(jié)束時(shí)的網(wǎng)格變形圖，圖3-20為成形結(jié)束時(shí)的應(yīng)力圖，圖3-30為應(yīng)變分布圖， 圖3-31為成形過程的行程-載荷曲線：</p><p>　　圖3-28 網(wǎng)格變形圖</p><p>　　圖3-29 應(yīng)力分布圖</p>&l

80、t;p>　　圖3-30 應(yīng)變分布圖</p><p>　　圖3-31 行程-載荷曲線圖</p><p>　　從圖3-28～圖3-31可以看出，齒輪成形結(jié)束時(shí)應(yīng)力應(yīng)變分布均勻，金屬流動(dòng)性較好，齒輪成形飽滿，且最大成形載荷和材料損傷因子較小。模擬結(jié)束時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)見表3-6：</p><p>　　表3-6 模擬結(jié)束時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)</p><p>

81、　　3.4.2 當(dāng)h=0.5H時(shí)的結(jié)果模擬分析</p><p>　　3.4.2.1 基本模型參數(shù)設(shè)置</p><p>　　本節(jié)中基本模型參數(shù)的設(shè)置與3.4.1.1節(jié)中的完全相同，連皮位置h=0.5H。</p><p>　　3.4.2.2模擬結(jié)果分析</p><p>　　在這個(gè)方案中，設(shè)置連皮厚度t=11.4mm。圖3-32為坯料變形結(jié)束時(shí)的

82、網(wǎng)格變形圖，圖3-33為成形結(jié)束時(shí)的應(yīng)力圖，圖3-34為應(yīng)變分布圖， 圖3-35為成形過程的行程-載荷曲線：</p><p>　　圖3-32 網(wǎng)格變形圖</p><p>　　圖3-33 應(yīng)力分布圖</p><p>　　圖3-34 應(yīng)變分布圖</p><p>　　圖3-35 行程-載荷曲線圖</p><p>　　從圖3-

83、32～圖3-35可以看出，齒輪成形結(jié)束時(shí)應(yīng)力應(yīng)變分布很均勻，金屬流動(dòng)性較好，齒輪成形非常飽滿，且行程一載荷曲線較為平緩，最大成形載荷較小。模擬結(jié)束時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)見表3-7：</p><p>　　表3-7 模擬結(jié)束時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)</p><p>　　3.4.3 當(dāng)h=0.6H時(shí)的結(jié)果模擬分析</p><p>　　3.4.3.1 基本模型參數(shù)設(shè)置</p>&

84、lt;p>　　本節(jié)中基本模型參數(shù)的設(shè)置與3.4.1.1節(jié)中的完全相同，連皮位置h=0.5H。</p><p>　　3.4.3.2模擬結(jié)果分析</p><p>　　在這個(gè)方案中，設(shè)置連皮厚度t=11.4mm。圖3-36為坯料變形結(jié)束時(shí)的網(wǎng)格變形圖，圖3-37為成形結(jié)束時(shí)的應(yīng)力圖，圖3-38為應(yīng)變分布圖， 圖3-39為成形過程的行程-載荷曲線：</p><p>　

85、　圖3-36 網(wǎng)格變形圖</p><p>　　圖3-37 應(yīng)力分布圖</p><p>　　圖3-38 應(yīng)變分布圖</p><p>　　圖3-39 行程-載荷曲線圖</p><p>　　從圖3-36～圖3-39可以看出，齒輪成形結(jié)束時(shí)應(yīng)力應(yīng)變分布不太均勻，金屬流動(dòng)性一般，齒輪成形質(zhì)量一般，損傷因子有所增大，但行程一載荷曲線仍較平緩，最大成形載荷

86、較小。模擬結(jié)束時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)見表3-8：</p><p>　　表3-8 模擬結(jié)束時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)</p><p><b>　　3.4.4 小結(jié)</b></p><p>　　對(duì)照表3-6,3-7,3-8模擬結(jié)束時(shí)的數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論：不同的連皮位置對(duì)齒輪最大成形載荷、材料流動(dòng)應(yīng)力、金屬流動(dòng)性、齒形的充填情況以及材料損傷等的影響也是不一樣的。隨著連皮位置

87、的上移，材料的損傷因子加大，形成缺陷的可能性越來越大。當(dāng)h=0．6H時(shí)，金屬流動(dòng)性和齒形充填狀況較差，且材料損傷相對(duì)較大；當(dāng)h=0．4H～0．5H時(shí)，金屬流動(dòng)較為均勻，齒形容易充滿，但h=0．4H時(shí)，成形載荷以及應(yīng)力較大。綜合考慮以上幾種因素，可以得出：當(dāng)h=0．5H時(shí)，齒輪的成形最有利。</p><p><b>　　3.5 模擬結(jié)論</b></p><p>　　(1

88、)相對(duì)冷精鍛而言，采用熱精鍛工藝成形半軸齒輪，可以大大降低成形載荷和流動(dòng)應(yīng)力，提高模具壽命，且更有利于齒形的充滿。</p><p>　　(2)半軸齒輪熱精鍛成形的關(guān)鍵是齒形的完全充滿，齒輪大端尖頂處是最終的難充填區(qū)，成形載荷的急劇升高現(xiàn)象存在于充滿齒輪大端尖頂階段。</p><p>　　(3)改進(jìn)凹模結(jié)構(gòu)，在齒模大端尖頂處設(shè)置尖角，成形時(shí)該尖角可以起到容納多余金屬的作用，并確保齒廓面的完全

89、充滿成形。</p><p>　　(4)改進(jìn)凸模結(jié)構(gòu)，在凸模下端與頂桿上端加一大小、形狀適當(dāng)?shù)耐古_(tái)，可對(duì)毛坯產(chǎn)生一定的徑向力，便于金屬分流，更有效的改善了齒形的充填條件。</p><p>　　(5)合理的連皮厚度和連皮位置對(duì)齒形的充填也起著重要的作用。當(dāng)連皮厚度t=0．3d，h=0．5H時(shí)，齒形的充滿情況最好。</p><p>　　(6)鍛件上的型孔，只要模具結(jié)構(gòu)合理

90、，鍛出來更有利于齒形的充滿。</p><p><b>　　第4章 模具設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 雙動(dòng)液壓機(jī)參數(shù)</p><p>　　設(shè)計(jì)出模具后，在800-噸雙動(dòng)液壓機(jī)上完成實(shí)驗(yàn)研究。該雙動(dòng)液壓機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表4-1所示：</p><p>　　表4-1 800噸雙動(dòng)液壓機(jī)主要技術(shù)參數(shù)</p&g

91、t;<p><b>　　整體模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　通過大量的理論分析和模擬研究，設(shè)計(jì)出了一套新的模具裝置，改進(jìn)后的模具結(jié)構(gòu)如圖4-1所示，其中凸凹模的結(jié)構(gòu)與圖3-10所示的相同。</p><p>　　圖4-1 半軸齒輪精鍛模結(jié)構(gòu)</p><p>　　1．斜壓塊固定板2．斜壓塊3、4．上下凹模外圈5．下模板6.上

92、下凹模中圈7．下墊板8．下頂桿9.上頂桿lO．齒模I 1．背錐模塊12．導(dǎo)套13．導(dǎo)柱14．斜壓塊拉板機(jī)構(gòu)15．提升板16．拉桿17．拉桿固定板18凹模壓板19．凸模壓板20．凸模限位圈21．凸模22．凸模墊扳23．上模板</p><p>　　該模具中斜壓塊2與拉桿16呈90°分別固定在雙動(dòng)液壓機(jī)外滑塊上，上模板23固定在內(nèi)滑塊上。開始時(shí)，內(nèi)滑塊處于上始點(diǎn)，外滑塊下行。拉桿帶著凹模壓板18與上凹模下行，

93、通過導(dǎo)套12，導(dǎo)柱13準(zhǔn)確導(dǎo)向，上下凹模準(zhǔn)確閉合，形成齒輪型腔，隨后斜壓塊2與壓板接觸，壓死凹模。坯料從壓板孔口落入型腔，依靠背錐模塊11的型腔孔自然定位，接著內(nèi)滑塊帶動(dòng)凸模21下行，鐓擠坯料，使金屬充滿型腔。其中凸模行程靠凹模壓板18與凸模壓板19接觸與否確定。取件時(shí)，內(nèi)外滑塊動(dòng)作順序與上述相反。待上下凹模完全分開后，頂桿將鍛件從齒模10中頂出，完成一次成形。改進(jìn)后的模具結(jié)構(gòu)克服以前模鍛結(jié)構(gòu)上的不足，有利于金屬的流動(dòng)充型，并確保齒輪的

94、完全充滿。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　目前國(guó)內(nèi)各齒輪專業(yè)廠家普遍采用臥式銑床或半軸齒輪粗切機(jī)粗切齒、刨齒、機(jī)精、刨齒、工藝，加工效率低，每齒加工時(shí)間達(dá)40～60s／齒，而用摩擦螺旋壓力機(jī)精密鍛造半軸錐齒輪，小時(shí)生產(chǎn)率可達(dá)400～500件單機(jī)班產(chǎn)量達(dá)1600～2000件。材料利用率提高15％～20％，生產(chǎn)成本降低16％以上，齒輪的

95、使用壽命也提高1倍以上，經(jīng)濟(jì)效果和社會(huì)效益都十分顯著。</p><p>　　目前，精鍛齒輪的精度穩(wěn)定在JBE80—60標(biāo)準(zhǔn)87—7級(jí)(國(guó)際三級(jí))。采用熱預(yù)鍛、冷終鍛工藝的結(jié)果，精度有所提高、工藝更加穩(wěn)定，產(chǎn)品精度、齒面粗糙度與冷鍛一樣，還具備易操作、成品率高等諸多優(yōu)點(diǎn)。通過理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，進(jìn)一步論證了模擬分析結(jié)果的正確性，并利用模擬結(jié)果對(duì)模具進(jìn)行了修改和優(yōu)化，完善了模具設(shè)計(jì)。本課題的研究成果可以為其他齒

96、輪的生產(chǎn)以及相關(guān)的模具設(shè)計(jì)提供理論和實(shí)踐依據(jù)，對(duì)促進(jìn)我國(guó)齒輪精鍛技術(shù)的發(fā)展具有積極的作用。</p><p>　　然而在模具加工和模具及齒輪測(cè)量方面還有大量的工作要做。因?yàn)橐a(bǔ)償齒輪的彈性回復(fù)和模具的彈性變形,模具的齒輪輪廓不再是標(biāo)準(zhǔn)的漸開線，所以要制造出高精度的模具,還有很多困難,尤其是齒輪精鍛模的輪齒,更難加工。齒輪精密鍛造技術(shù)的另一關(guān)鍵是測(cè)量,包括模具和齒輪的測(cè)量。測(cè)量鍛造齒輪的關(guān)鍵困難是其缺乏精確的基準(zhǔn)。由

97、于模具的輪齒為非標(biāo)準(zhǔn)齒輪,不能用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)齒輪來做比較進(jìn)行測(cè)量,也存在模數(shù)和其他參數(shù)的誤差。</p><p>　　此次研究還分析了各主要工藝參數(shù)對(duì)齒輪充填成形的影響規(guī)律。如下：</p><p>　　凹模結(jié)構(gòu)對(duì)齒形的充滿有較大影響。改進(jìn)凹模結(jié)構(gòu)，在齒模大端尖頂處設(shè)置尖角，成形時(shí)該尖角可以起到容納多余金屬的作用，并確保齒廓面的完全成形。</p><p>　　凸模結(jié)構(gòu)的齒形

98、充填也有很大的影響。改進(jìn)凸模結(jié)構(gòu)，在凸模下端與頂桿上端加一大小、形狀適當(dāng)?shù)耐古_(tái)，可對(duì)毛坯產(chǎn)生一定的徑向力，便于金屬分流，更有效的改善了齒形的充填條件。</p><p>　　合理的連皮厚度和連皮位置對(duì)齒形的充填也起著重要的作用。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　經(jīng)過半年的忙碌，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，在此，我要感

99、謝每一個(gè)幫助過我的人。首先,我要感謝的是我的指導(dǎo)老師xx，老師勤奮、忘我的工作態(tài)度，務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)風(fēng)格和謙虛、無私的學(xué)者風(fēng)范令我非常感動(dòng)。從周老師身上我不僅學(xué)到了扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)和嫻熟的實(shí)踐技能，而且還學(xué)到了許多做人的哲理。</p><p>　　在這四年的學(xué)習(xí)生活中，還得到了許多老師的無私幫助，如xx老師，xx老師等。此外，我的同學(xué)和師弟師妹們也給予了我很大的幫助，在此一并表示衷心的感謝!</p&

100、gt;<p>　　衷心感謝在百忙中評(píng)閱我的論文和參加答辯的各位講師、教授!</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]Choi J C. A Study on the forging of spur gears．Int.J．Meeh．Sci．，1996，38（12）：1333-1347</p><p>

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108、03</p><p>　　[20]MSC/Super Forge User’s Manual(Version 1.0),The MacNeal- Schwendler Corporation, 1998 (now replaced by Simufact.forming software).</p><p><b>　　附 錄</b></p><p