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雜的齒輪，具有傳動效率高、傳動比穩(wěn)定、承載能力高等特點，被廣泛應用于汽車、航空航天、工程機械等行業(yè)領域。作為機械裝備業(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國家機械裝備業(yè)的發(fā)展水平。目前，我國螺旋傘齒輪的生產大部分還是依靠傳統(tǒng)的“熱鍛造+機加工”的方式。如何在現(xiàn)有生產設備的基礎上提高生產效率和齒輪的制造質量是企業(yè)非常關心的問題。本文的研究內容正是基于了企業(yè)的這種需求。
　　 本文提出了齒輪毛

2、坯鍛造過程數(shù)值模擬的多步分析方法，運用有限元軟件DEFORM-3D分別對主動螺旋傘齒輪毛坯的拔長過程、模鍛過程和對從動螺旋傘齒輪毛坯的鐓粗過程、模鍛過程進行了多步分析。得到了主、從動螺旋傘齒輪毛坯鍛造成形過程中的金屬流動規(guī)律，得到了鍛造過程中應力、應變和溫度隨時間的變化曲線，得到了毛坯終鍛時的應力、應變和溫度分布，得到了鍛造過程的行程-載荷曲線和迭代步-能耗曲線等數(shù)據。結果表明，鍛造成形過程中金屬材料在階梯處流動較困難，導致毛坯鍛造過程

3、中和終鍛時階梯處出現(xiàn)大的應力、應變和高的溫度。
　　 本文研究了模具結構、始鍛溫度和摩擦系數(shù)對鍛造成形效果的影響。對模具結構進行了改進，數(shù)值模擬了模具結構改進后的鍛造過程，對比了模具結構改進前后毛坯終鍛時的應力、應變和溫度分布。結果表明，對模具結構進行合理地改進能有效改善材料的成形效果，數(shù)值模擬結果可為模具結構設計與改進提供指導。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時的鍛造過程

4、，對比了不同始鍛溫度和摩擦系數(shù)下毛坯終鍛時的應力應變、行程-載荷曲線和迭代步-能耗曲線。結果表明，在1000℃-1100℃范圍內，當始鍛溫度越高，摩擦系數(shù)越小時，毛坯終鍛時的應力應變也越小，溫度越低，成形載荷越小，鍛造能耗越少，成形效果越好。
　　 針對主動螺旋傘齒輪毛坯拔長工步中由于自由鍛拔長工藝而引起的鍛件彎曲的問題，提出了采用擠壓成形方法來拔長棒料。運用DEFORM-3D對擠壓成形過程進行了數(shù)值模擬，得到了擠壓成形后坯料的

5、形狀、應力應變和溫度分布等數(shù)據，并結合模鍛過程進行了多步分析。擠壓成形方法解決了鍛件彎曲問題，但擠壓成形方法存在生產效率低和能耗大的問題，本文又提出了旋壓成形方法。設計了一個旋壓裝置以用于旋壓成形，運用SOLIDWORKS軟件對旋壓裝置進行了幾何建模，并運用有限元軟件ABAQUS對旋壓成形過程進行了數(shù)值模擬，得到了旋壓成形后坯料的形狀、應力云圖和應變云圖等數(shù)據，驗證了使用旋壓成形方法代替自由鍛拔長的可行性。將旋壓成形的能耗與擠壓成形的進