機車齒輪坯成形工藝數(shù)值模擬及預(yù)成形優(yōu)化.pdf

1、隨著軌道交通行業(yè)的快速發(fā)展，機車傳動齒輪作為機車上重要的部件，其需求量必然會隨之大規(guī)模增加。機車齒輪是通過齒輪坯直接加工而成的，所以齒輪坯質(zhì)量的好壞直接影響到齒輪的性能。機車齒輪坯是一種復(fù)雜的模鍛件，其成形難度非常大，而且對其質(zhì)量要求特別高。在機車齒輪坯成形過程中，常見的問題有填充不足、載荷過大和材料利用率低等，因此如何改進機車齒輪坯鍛件的成形工藝，使生產(chǎn)出滿足質(zhì)量要求的鍛件就顯得非常重要。預(yù)成形作為實現(xiàn)復(fù)雜鍛件成形的一個重要工序，其形

2、狀對終鍛件的質(zhì)量具有直接影響。
　　本文以江蘇某鍛造企業(yè)生產(chǎn)的某型號機車齒輪坯作為研究對象，采用有限元Deform-3D軟件對齒輪坯的成形過程進行模擬，重點分析了齒輪坯模鍛成形過程中的坯料流動情況和模具載荷曲線。并采用黃金分割法，分析了鐓粗后直徑對成形載荷的影響，并總結(jié)鐓粗后直徑在536mm＜D鐓＜586mm范圍內(nèi)齒輪坯鍛造過程最大成形力的變化規(guī)律，得出了比較合適的鐓粗直徑，使最大鍛造成形力得到有效降低。
　　針對齒輪坯在成

3、形過程中出現(xiàn)的填充不足和材料利用率過低等問題，以鍛件未充填體積作為優(yōu)化目標(biāo)，提出兩種方案對齒輪坯預(yù)成形形狀進行優(yōu)化，方案一:預(yù)成形時，上模和下模形狀同時作為優(yōu)化對象;方案二:預(yù)成形時，下模為平砧，僅以上模的形狀為優(yōu)化對象，分別得到了波浪形和上凹形兩種預(yù)成形形狀。采用DEFORM-3D對波浪形和上凹形兩種預(yù)成形方案以及優(yōu)化前原方案齒輪坯的成形過程進行模擬，根據(jù)模擬結(jié)果，綜合比較分析填充效果、金屬流動速度場和模具所受應(yīng)力情況。通過分析可知，

4、提出的兩種優(yōu)化方案均能在提高材料利用率的前提下有效改善終鍛件的填充效果。最后，對其中的一種優(yōu)化方案進行了相關(guān)模具設(shè)計，完成了生產(chǎn)驗證，有限元優(yōu)化模擬結(jié)果與實際生產(chǎn)結(jié)果一致。
　　本課題結(jié)合了齒輪坯工藝制定、有限元基礎(chǔ)理論、數(shù)值模擬技術(shù)和預(yù)成形優(yōu)化設(shè)計技術(shù)，達到了縮短新產(chǎn)品工藝研發(fā)周期、改進齒輪坯成形工藝、節(jié)約設(shè)計成本和生產(chǎn)成本等目的。研究結(jié)果對實際生產(chǎn)具有非常重要的理論指導(dǎo)意義，并對齒輪類鍛件的工藝設(shè)計以及相關(guān)預(yù)成形的優(yōu)化提供了理