螺旋傘齒輪毛坯鍛造成形數(shù)值模擬.pdf

1、螺旋傘齒輪是一類齒形復(fù)雜的齒輪，具有傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)比穩(wěn)定、承載能力高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、工程機(jī)械等行業(yè)領(lǐng)域。作為機(jī)械裝備業(yè)的核心零部件，螺旋傘齒輪的制造水平一定程度上代表了一個(gè)國(guó)家機(jī)械裝備業(yè)的發(fā)展水平。目前，我國(guó)螺旋傘齒輪的生產(chǎn)大部分還是依靠傳統(tǒng)的“熱鍛造+機(jī)加工”的方式。如何在現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)上提高生產(chǎn)效率和齒輪的制造質(zhì)量是企業(yè)非常關(guān)心的問(wèn)題。本文的研究?jī)?nèi)容正是基于了企業(yè)的這種需求。
　　 本文提出了齒輪毛

2、坯鍛造過(guò)程數(shù)值模擬的多步分析方法，運(yùn)用有限元軟件DEFORM-3D分別對(duì)主動(dòng)螺旋傘齒輪毛坯的拔長(zhǎng)過(guò)程、模鍛過(guò)程和對(duì)從動(dòng)螺旋傘齒輪毛坯的鐓粗過(guò)程、模鍛過(guò)程進(jìn)行了多步分析。得到了主、從動(dòng)螺旋傘齒輪毛坯鍛造成形過(guò)程中的金屬流動(dòng)規(guī)律，得到了鍛造過(guò)程中應(yīng)力、應(yīng)變和溫度隨時(shí)間的變化曲線，得到了毛坯終鍛時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變和溫度分布，得到了鍛造過(guò)程的行程-載荷曲線和迭代步-能耗曲線等數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，鍛造成形過(guò)程中金屬材料在階梯處流動(dòng)較困難，導(dǎo)致毛坯鍛造過(guò)程

3、中和終鍛時(shí)階梯處出現(xiàn)大的應(yīng)力、應(yīng)變和高的溫度。
　　 本文研究了模具結(jié)構(gòu)、始鍛溫度和摩擦系數(shù)對(duì)鍛造成形效果的影響。對(duì)模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，數(shù)值模擬了模具結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的鍛造過(guò)程，對(duì)比了模具結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后毛坯終鍛時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變和溫度分布。結(jié)果表明，對(duì)模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理地改進(jìn)能有效改善材料的成形效果，數(shù)值模擬結(jié)果可為模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與改進(jìn)提供指導(dǎo)。數(shù)值模擬了始鍛溫度分別為1000℃、1050℃和1100℃，摩擦系數(shù)分別為0.3和0.7時(shí)的鍛造過(guò)程

4、，對(duì)比了不同始鍛溫度和摩擦系數(shù)下毛坯終鍛時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變、行程-載荷曲線和迭代步-能耗曲線。結(jié)果表明，在1000℃-1100℃范圍內(nèi)，當(dāng)始鍛溫度越高，摩擦系數(shù)越小時(shí)，毛坯終鍛時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變也越小，溫度越低，成形載荷越小，鍛造能耗越少，成形效果越好。
　　 針對(duì)主動(dòng)螺旋傘齒輪毛坯拔長(zhǎng)工步中由于自由鍛拔長(zhǎng)工藝而引起的鍛件彎曲的問(wèn)題，提出了采用擠壓成形方法來(lái)拔長(zhǎng)棒料。運(yùn)用DEFORM-3D對(duì)擠壓成形過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了擠壓成形后坯料的

5、形狀、應(yīng)力應(yīng)變和溫度分布等數(shù)據(jù)，并結(jié)合模鍛過(guò)程進(jìn)行了多步分析。擠壓成形方法解決了鍛件彎曲問(wèn)題，但擠壓成形方法存在生產(chǎn)效率低和能耗大的問(wèn)題，本文又提出了旋壓成形方法。設(shè)計(jì)了一個(gè)旋壓裝置以用于旋壓成形，運(yùn)用SOLIDWORKS軟件對(duì)旋壓裝置進(jìn)行了幾何建模，并運(yùn)用有限元軟件ABAQUS對(duì)旋壓成形過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了旋壓成形后坯料的形狀、應(yīng)力云圖和應(yīng)變?cè)茍D等數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了使用旋壓成形方法代替自由鍛拔長(zhǎng)的可行性。將旋壓成形的能耗與擠壓成形的進(jìn)