汽車結(jié)合齒冷鍛數(shù)值模擬與工藝研究.pdf

1、齒輪作為一種重要的傳動(dòng)零件，在汽車、輪船、飛機(jī)、機(jī)床、精密儀器儀表等各類產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用，特別是在汽車傳動(dòng)中，齒輪的用量高達(dá)幾十件。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)齒輪性能的要求也不斷提高，在幾十年的發(fā)展中，汽車齒輪逐漸形成了以精密模鍛為目標(biāo)的生產(chǎn)模式，其中已有近一半的汽車齒輪可用精密模鍛方式生產(chǎn)，如起動(dòng)齒輪、星形齒輪、同步器齒環(huán)以及部分直齒輪等。精鍛齒輪與傳統(tǒng)機(jī)加工方法生產(chǎn)的齒輪相比，具有材料利用率高、齒輪機(jī)械性能好、生產(chǎn)效率高、節(jié)約能源、降

2、低成本、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，提高了產(chǎn)品的競爭力，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。結(jié)合齒是汽車變速箱中的重要傳動(dòng)零部件，但由于結(jié)合齒結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、成形極為困難，不能用傳統(tǒng)的鍛造一次成形，在精鍛技術(shù)研究領(lǐng)域很少見到報(bào)導(dǎo)。在國外，德國和日本已有公司研發(fā)出結(jié)合齒輪的精鍛成形工藝并用于生產(chǎn)，但由于技術(shù)保密，未見其發(fā)表論文。本文以實(shí)現(xiàn)結(jié)合齒的精密模鍛為目標(biāo)，采用經(jīng)典塑性成形理論、有限元模擬的方法對(duì)結(jié)合齒分流鍛造成形機(jī)理及應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行研究。
　　針對(duì)結(jié)

3、合齒不能順利出模的問題，將成形工藝分為兩步，即先成形直齒，后再擠壓倒錐。采用有限元數(shù)值模擬技術(shù)模擬了閉式精鍛成形過程，研究了不同坯料對(duì)成形過程的影響，得到了金屬流動(dòng)的規(guī)律。階梯狀中空坯料成形，金屬以徑向充填為主，金屬有回流現(xiàn)象，結(jié)合齒鎖止角為最后充填區(qū)域，在齒形內(nèi)端有折疊產(chǎn)生，成形載荷前期變化緩慢，后期變化劇烈。環(huán)狀坯料成形，金屬以軸向流動(dòng)為主，充填順序合理，整個(gè)過程載荷平緩增加，成形良好。但最終兩者成形載荷都較大。
　　采用分流

4、鍛造原理，對(duì)模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使成形過程全以軸向擠壓填充，同時(shí)也降低了成形載荷。分析了鍛件尺寸對(duì)成形載荷的影響規(guī)律。內(nèi)孔直徑直接影響接觸面積和金屬自由流動(dòng)的空間的變化，隨著直徑的增加，兩者對(duì)成形載荷影響的主導(dǎo)地位不斷變化，使得成形載荷先下降后又上升。隨著圓角和齒形長度的增加，成形載荷分別呈現(xiàn)減小和增加的單一趨勢。本文還分析了鍛件的溫度，應(yīng)力，應(yīng)變和損傷的分布情況。在成形過程中溫度達(dá)200℃以上，最大值位于齒根圓角處。等效應(yīng)力達(dá)800Mp

5、a以上，主要分布在中間待變形區(qū)和齒形已變形區(qū)。等效應(yīng)變?cè)谒x路徑上呈波動(dòng)狀態(tài)，齒根圓上路徑 A呈單峰波動(dòng)，齒頂圓上路徑C雙峰波動(dòng)，總體而言路徑A的等效應(yīng)變比路徑C的等效應(yīng)變大，就各點(diǎn)而言，其等效應(yīng)變?cè)谡麄€(gè)成形過程中都是不斷增加的。鍛件從齒形內(nèi)端至外端其損傷總體均呈上升趨勢，而且越靠近大端，損傷增長速度越快，齒頂圓處的損傷普遍大于齒根圓處的損傷。而在齒頂圓中間部位，由于擠壓過程中材料的匯聚導(dǎo)致?lián)p傷值分布曲線上出現(xiàn)較小的波峰。
　　本