鋁合金高速齒輪箱開發(fā)及其旋轉彎曲疲勞性能研究.pdf

1、隨著國內高速鐵路的快速發(fā)展，對高速機車零部件的綜合性能要求越來越高，因此研究開發(fā)低成本、高壽命、高性能、輕量化的高速傳動齒輪箱鑄件成為當前迫切需要解決的難題。由于結構復雜、薄厚差大，齒輪箱毛坯通常都采用鑄造工藝方法進行生產。其材質從最初的鑄鐵、鑄鋼到后來越來越多地采用更加輕質的鑄鋁合金，人們不斷嘗試尋找更加合適可靠的材料來替代傳統(tǒng)材料。
　　鋁硅合金具有非常好的鑄造性能和使用性能，目前已經(jīng)被國外廠商廣泛應用于高速齒輪箱鑄件。齒輪箱

2、的鑄造工藝由傳統(tǒng)的金屬型重力鑄造鑄件轉變?yōu)榈蛪鸿T造，采用后者鑄造工藝可以使零件獲得更高的精度、更致密的組織和更好的性能。隨著材料、工藝的不斷發(fā)展，對于齒輪箱材料性能的研究，也從最初的常規(guī)力學性能，發(fā)展到開始研究與實際工況密切相關的旋轉彎曲疲勞性能。為適應蘇州明志科技有限公司鑄鋁齒輪箱開發(fā)項目，本文對高速齒輪箱所用EN-AC42100合金熔煉過程中的變質方法進行試驗、優(yōu)化，并對高速齒輪箱鑄造工藝和凝固組織進行模擬驗證，最后對鋁合金齒輪箱材

3、料在旋轉彎曲疲勞狀態(tài)下的疲勞斷裂進行研究。主要得到以下試驗結果:
　　通過Al-10Sr單一變質劑與Al-10Sr/Al-5Ti-B復合細化變質劑處理后合金材料綜合力學性能的對比發(fā)現(xiàn)，復合變質的效果較鋁鍶單一變質效果更好。當復合變質劑中Al-10Sr和Al-5Ti-B添加量分別為0.35％與0.2％時，齒輪箱材料的抗拉強度、屈服強度和硬度得到了優(yōu)化，材料的延伸率也沒有出現(xiàn)明顯的下降。
　　通過高速齒輪箱鑄造工藝及組織的計算機

4、模擬和實際生產驗證，確定對于高速齒輪箱的生產工藝可以采用精密組芯造型-低壓澆注工藝。從生產結果來看，鑄件關鍵部位的缺陷會顯著降低。試驗證明在進行齒輪箱鑄造優(yōu)化時，可以將有限元仿真模擬的結果作為實際工藝更改的參考依據(jù)。
　　通過旋轉彎曲疲勞驗證性試驗和成組試驗可以確定齒輪箱鑄造材料的旋轉彎曲疲勞極限約為70MPa。對于需要承受循環(huán)疲勞應力的高速齒輪箱來說，鑄件表面或者內部存在顯微氣縮孔時會導致應力在這些缺陷處集中，當應力大小超過材料