直齒圓柱齒輪連續(xù)冷擠壓工藝及模具技術(shù)研究.pdf

1、直齒圓柱齒輪是重載機(jī)械傳動系統(tǒng)中的重要零部件并且市場需求量巨大。目前國內(nèi)大模數(shù)直齒圓柱齒輪的批量生產(chǎn)依然以傳統(tǒng)的切削加工方式為主，已經(jīng)不能滿足高效生產(chǎn)低成本、高性能的齒輪零部件的要求?，F(xiàn)有工藝成形直齒圓柱齒輪時，齒頂充填不飽滿，成形載荷大，模具易磨損開裂使用壽命低，齒輪精度差。工藝開發(fā)和模具設(shè)計(jì)水平直接影響著齒輪生產(chǎn)的綜合經(jīng)濟(jì)成本和制造技術(shù)的發(fā)展。
　　本文以某載重汽車輪邊減速器中的太陽輪為研究對象，制定了三種高效的冷擠壓成形工藝

2、方案，分別建立了有限元模型進(jìn)行全過程數(shù)值模擬仿真。詳細(xì)分析了三種工藝方案成形過程中零件的成形質(zhì)量以及速度場、應(yīng)力場、應(yīng)變場等基本塑性變形特征。從材料利用率、生產(chǎn)效率和工藝可行性三個方面對三種成形工藝方案進(jìn)行綜合評價(jià)分析，確定了最佳工藝方案。對連續(xù)冷擠壓凹模型腔結(jié)構(gòu)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化得出入模角α=55°，劈分厚度b=1mm時零件的最大成形載荷相對較小同時獲得良好的成形質(zhì)量。
　　針對連續(xù)冷擠壓成形過程中模具的縱向開裂失效問題，本文采用

3、將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)值模擬分析以及Kriging近似模型和遺傳算法相結(jié)合的優(yōu)化策略，并將該優(yōu)化策略應(yīng)用于連續(xù)冷擠壓組合凹模的優(yōu)化設(shè)計(jì)中。構(gòu)建以組合凹模模芯齒形型腔等效內(nèi)徑D1、徑向直徑比N2、N3、N4和徑向過盈系數(shù)λ2、λ3等結(jié)構(gòu)參數(shù)作為優(yōu)化設(shè)計(jì)的輸入變量，凹模型腔最大等效應(yīng)力值為響應(yīng)值的Kriging近似模型。結(jié)合遺傳算法對模型進(jìn)行全局尋優(yōu)，獲得了最佳的結(jié)構(gòu)參數(shù)組合為：D1=88.35mm，N2=1.7872， N3=3.0329，N4=

4、4.0001，λ2=0.0025，λ3=0.0021。根據(jù)優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)建立有限元模型進(jìn)行C AE分析驗(yàn)證，工作狀態(tài)下組合凹模模芯最大等效應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料的許用應(yīng)力并且不會在模芯型腔內(nèi)壁產(chǎn)生周向拉應(yīng)力，說明該優(yōu)化策略在復(fù)雜型腔組合凹模優(yōu)化設(shè)計(jì)中可行。
　　采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的模具和工藝方案進(jìn)行太陽輪連續(xù)冷擠壓生產(chǎn)試制。連續(xù)冷擠壓成形外齒零件的外形輪廓和模擬結(jié)果相當(dāng)吻合，而且在成形過程中組合凹模未發(fā)生斷齒、開裂現(xiàn)象，驗(yàn)證了模擬分析的準(zhǔn)確性