冯冲前[1]2001年在《浮动凹模镦挤直齿圆柱齿轮成形原理及工艺研究》文中认为近几年来，我国汽车、农用车市场竞争日益激烈，为能在市场竞争中求得生存，制造厂家认识到关键在于采用先进制造工艺，以降低零部件的生产成本。齿轮是机动车重要的传动零件，探讨齿轮新的成形工艺，提高齿轮的质量，降低其生产成本，对我国汽车、农机工业的发展具有重要实际意义。 针对直齿圆柱齿轮精锻成形工艺的技术关键，本文提出了一种新的成形工艺—浮动凹模镦挤成形工艺。以安阳齿轮厂农用车付变速齿轮为研究对象，设计了专用镦挤模具，并进行了成形试验，研究了其成形规律。 本文应用上限法推导了镦挤直齿圆柱齿轮的上限力公式，结合数值计算方法和优化方法采用计算机对成形的力参数进行了计算，计算所得上限力接近试验测得结果。 凹模型腔尺寸是保证齿轮产品的关键。本文导出了直齿圆柱齿轮镦挤成形时凹模齿形和产品齿形的参数关系式，为设计模具型腔齿形提供了理论依据。另外，采用快走丝机慢走丝多次切割加工凹模型腔，既保证了型腔的尺寸精度，又保证了表面质量。 根据对直齿圆柱齿轮镦挤成形过程的试验研究，本文确定了精锻件变速齿轮的合理毛坯，提出了采用该工艺镦挤直齿圆柱齿轮时制定毛坯的设计原则。
谢晋市[2]2012年在《大模数直齿轮温冷复合精密成形工艺研究》文中研究指明随着现代工业的飞速发展，直齿圆柱齿轮作为汽车工业及相关行业中应用极为广泛的传动零件之一，其技术要求也越来越高。传统切削加工的齿轮已很难满足现代汽车工业的要求，齿轮精密成形工艺应运而生。和传统切削加工的齿轮相比，精密成形齿轮具有机械性能好、组织致密、齿面抗磨损能力高等优势。目前精密成形工艺主要是冷精锻，但在冷精锻中存在成形载荷过大、模具寿命低等问题。温冷复合精密成形工艺的出现解决了冷精锻的难题，目前这种工艺正受到越来越多国家的重视。本文以大模数直齿轮为研究对象，采用数值模拟方法对直齿轮的温冷复合成形过程进行了研究。分析了固定凹模柱塞模式、固定凹模约束分流模式和浮动凹模约束分流模式叁种直齿圆柱齿轮温锻成形方案的特点，确定浮动凹模约束分流模式作为齿轮温锻成形方案。研究了坯料初始温度、模具预热温度、工模间摩擦系数和成形速度等工艺参数对直齿轮温锻成形的影响，结果表明：坯料初始温度和模具预热温度对成形力影响最大，随坯料初始温度和模具预热温度的升高，成形力下降。成形速度是影响模具磨损的主要因素，模具磨损随着成形速度的降低而减小。最后根据正交试验结果确定了最佳工艺参数组合。研究了不同精整余量和精整道次对齿轮齿形误差的影响。结果表明：单边余量在0.1mm~0.3mm之间，精整后的齿轮齿形变形小，精整效果好，若考虑齿轮精度和模具磨损两方面因素，精整余量为0.2mm较合适。随着精整道次的增加，齿形回弹值减小，齿形误差降低，但齿形精度等级并没有明显提高。综合考虑齿轮精度与模具成本二者因素，选择一次精整。对精整工艺进行物理模拟，物理模拟结果与相同实验条件下的数值模拟结果吻合。
曹金豆[3]2016年在《直齿圆柱齿轮连续冷挤压工艺及模具技术研究》文中指出直齿圆柱齿轮是重载机械传动系统中的重要零部件并且市场需求量巨大。目前国内大模数直齿圆柱齿轮的批量生产依然以传统的切削加工方式为主,已经不能满足高效生产低成本、高性能的齿轮零部件的要求。现有工艺成形直齿圆柱齿轮时,齿顶充填不饱满,成形载荷大,模具易磨损开裂使用寿命低,齿轮精度差。工艺开发和模具设计水平直接影响着齿轮生产的综合经济成本和制造技术的发展。本文以某载重汽车轮边减速器中的太阳轮为研究对象,制定了叁种高效的冷挤压成形工艺方案,分别建立了有限元模型进行全过程数值模拟仿真。详细分析了叁种工艺方案成形过程中零件的成形质量以及速度场、应力场、应变场等基本塑性变形特征。从材料利用率、生产效率和工艺可行性叁个方面对叁种成形工艺方案进行综合评价分析,确定了最佳工艺方案。对连续冷挤压凹模型腔结构工艺参数进行优化得出入模角α=55°,劈分厚度b=1mm时零件的最大成形载荷相对较小同时获得良好的成形质量。针对连续冷挤压成形过程中模具的纵向开裂失效问题,本文采用将实验设计、数值模拟分析以及Kriging近似模型和遗传算法相结合的优化策略,并将该优化策略应用于连续冷挤压组合凹模的优化设计中。构建以组合凹模模芯齿形型腔等效内径D1、径向直径比N2、N3、N4和径向过盈系数λ2、λ3等结构参数作为优化设计的输入变量,凹模型腔最大等效应力值为响应值的Kriging近似模型。结合遗传算法对模型进行全局寻优,获得了最佳的结构参数组合为:D1=88.35mm,N2=1.7872,N3=3.0329,N4=4.0001,λ2=0.0025,λ3=0.0021。根据优化后的结构参数建立有限元模型进行CAE分析验证,工作状态下组合凹模模芯最大等效应力远小于材料的许用应力并且不会在模芯型腔内壁产生周向拉应力,说明该优化策略在复杂型腔组合凹模优化设计中可行。采用优化设计的模具和工艺方案进行太阳轮连续冷挤压生产试制。连续冷挤压成形外齿零件的外形轮廓和模拟结果相当吻合,而且在成形过程中组合凹模未发生断齿、开裂现象,验证了模拟分析的准确性和优化策略的可行性。对连续冷挤压成形的外齿零件,机加工后剃齿能明显提高齿轮精度。正火后拉削成形内齿,获得了完全满足质量和精度要求的产品。
梁强[4]2016年在《载重汽车用直齿圆柱齿轮连续冷挤压冷整形复合成形关键技术研究》文中认为直齿圆柱齿轮作为载重汽车轮边减速器中最常见的传动零件,市场需求量巨大,一般采用切削加工方法制造。随着精密塑性成形工艺的发展,直齿圆柱齿轮的生产也越来越多的采用这种净近成形的方法制造,其成形后的齿面光洁,金属流线连续,轮齿承载能力高,因此采用精密塑性成形工艺制造直齿圆柱齿轮具有广阔的应用前景。随着模具制造技术的提高和新型模具材料的研发及应用,大模数、大齿宽直齿圆柱齿轮精密塑性成形技术正逐渐应用于工业生产,但仍存在成形质量不稳定、成形精度差的问题。因此,如何提高直齿圆柱齿轮的成形质量和成形精度是精密塑性工艺的关键。本文以载重汽车轮边减速器用直齿圆柱齿轮为研究对象,提出一种全新的直齿圆柱齿轮通过式连续“冷挤压+冷整形”复合成形工艺方案,并从直齿圆柱齿轮冷挤压工艺参数多目标优化、大模数冷挤压直齿轮冷整形方式和整形量的选择、直齿圆柱齿轮冷挤压组合凹模的优化设计等方面对直齿圆柱齿轮通过式连续“冷挤压+冷整形”复合成形关键技术进行了系统全面的研究。论文的主要研究工作有以下几点:(1)对原成形工艺通过式冷挤压生产的直齿圆柱齿轮成形质量差、成形精度低的问题进行了分析,得出导致成形齿轮质量差、精度低的主要原因为:冷挤压时背压力不足和冷挤压齿轮的弹性回复。基于分析结果提出一种全新的直齿圆柱齿轮通过式连续“冷挤压+冷整形”复合成形工艺。(2)研究分析了冷挤压主要工艺参数对直齿轮成形质量的影响规律,提出采用数值模拟和实验设计相结合的方式,以响应面法作为优化方法,成形质量和成形载荷作为优化目标,对各工艺参数进行多目标优化设计,得出最佳工艺参数组合。误差分析和生产实践证明,采用优化工艺参数组合,能有效提高齿轮成形质量和降低齿轮成形载荷。(3)基于冷挤压齿轮实际测量的数据建立误差模型,分析了不同冷整形方式及整形量对齿轮冷整形过程中金属流动及齿轮精度的影响规律,并确定了合理的冷整形方式及整形量。采用只整形齿面的冷整形方式和双侧整形量为0.15mm进行工艺实验,检测结果显示,齿轮齿形精度由8级提高至7级,齿向精度由10级提高至8级,冷整形工艺可以显着地提高冷挤压齿轮的精度。(4)采用实验设计与数值模拟相结合的方法,构建直齿圆柱齿轮冷挤压组合凹模结构参数与模芯最大等效应力之间的Kriging模型,运用粒子群算法对其进行全局寻优,得出冷挤压组合凹模最佳直径比和过盈系数。优化后的组合凹模整体尺寸仅为经验法设计尺寸的68.75%,有效减小了组合模具的整体尺寸,节约了模具材料,采用优化后的组合凹模进行实际生产,模具使用寿命约15万件,与原经验法设计的组合凹模相比较,使用寿命保持不变。(5)采用直齿圆柱齿轮通过式连续“冷挤压+冷整形”复合成形工艺进行生产试制,尺寸检测结果显示,上、下端齿顶最小直径分别为74.40mm和73.86mm,均达到后续车外圆要求,下端端面外凸约2mm,上端端面凹陷约2mm,优于原工艺加工的齿轮。齿轮精度检测结果显示,齿廓总偏差最大为12.2μm,达到了GB/T10095齿形精度等级6级;螺旋线总偏差最大为26.6μm,达到了GB/T10095齿向精度等级8级。因此采用复合成形工艺可以加工生产出精度为8级的大模数直齿圆柱齿轮。
王明辉[5]2010年在《直齿圆柱齿轮精密塑性成形工艺及关键设备研究》文中研究指明齿轮是汽车、船舶及各类机械中广泛应用的传递运动和动力的复杂零件。随着工业技术的飞速发展,对齿轮的成形提出了更高的要求。齿轮精密塑性成形工艺属于先进的成形技术,它有效地改善了齿轮的组织和性能,提高了生产效率和材料利用率,成为未来齿轮行业实现可持续发展的必由之路。针对直齿圆柱齿轮精密塑性成形工艺存在的齿形充填不满,成形力大及齿根处易出现微裂纹等技术难点,本文提出了直齿圆柱齿轮镦压挤胀复合成形工艺,并根据工艺需要设计了自调式镦压挤胀复合液压机。以较大模数的直齿圆柱齿轮为研究对象,采用对比研究的方法,分别对镦挤、端面分流、镦压挤胀复合成形工艺进行了有限元热力耦合分析,并着重探讨了相对镦压量、挤胀凸模半径、成形温度等因素对镦压挤胀复合成形工艺成形齿轮的影响。本文还针对塑性成形直齿圆柱齿轮齿根处易产生微裂纹的问题,提出了直齿圆柱齿轮镦挤预锻—镦压挤胀复合终锻成形工艺。最后,本文选用陶土塑泥为实验材料,采用彩泥层状法制备圆柱体实验坯料,对直齿圆柱齿轮镦挤、镦压挤胀复合成形和镦挤预锻—镦压胀挤复合终锻成形工艺进行了物理模拟实验研究,验证了数值模拟结果的正确性。数值模拟和物理模拟结果均表明镦压挤胀复合成形是一种更为先进的直齿圆柱齿轮成形方法,适合于成形高性能的直齿圆柱齿轮。
张宝红[6]2005年在《高性能直齿圆柱齿轮开放成形研究》文中指出齿轮精密成形具有产品性能好、生产率高、生产成本和能耗低、环境污染少等优点,但目前的成形方法由于成形力大,国内外尚无大模数齿轮精密成形用于实际生产的报道。本文围绕降低成形力、提高成形精度进行了以下几方面的研究:提出了以“开放镦挤”和“轴向导流,径向分流”为主要内容的直齿圆柱齿轮开放成形新方法,并对新方法的内涵进行了研究:在影响塑性成形力的诸因素中,如金属的流动应力、坯料与模具的接触面积、摩擦力的大小和金属在模具中可自由流动的空间等,发现金属在模具中可自由流动的空间是影响成形力最主要的因素,为直齿圆柱齿轮精密塑性成形新方法的研究从理论层面提出了研究方向;“开放镦挤”的开放量与随后的整形量是一对相互制约的参数,在一定条件下有一个最佳值;通过“逐次控制变形”方法合理分配温成形和冷整形的变形量,可进一步降低开放成形力,并成形出高精度的齿轮;“推挤成形”从模具结构上保证了“轴向导流,径向分流”新方法的实现,并且坯料成形后直接从凹模下方推出,解决了齿轮精密成形顶出力大的问题。用商业化软件对开放成形过程进行了数值模拟分析,结果表明:开放镦挤成形时齿形开放率是影响成形力最主要的因素,它不依齿轮参数、设备工作参数变化而改变。成形时摩擦力的减小、齿轮中心孔径的增大也可明显降低成形力,变位系数的增加将有利于成形力的降低。实验证明,数值模拟结果与实际成形情况较吻合,误差小于 8%。并提出了齿形开放率与单位成形压力之间的关系,该关系式在开放率小于 80%时与数值模拟结果吻合度较好,尤其是开放率小于 10%时误差小于 5%。当齿形开放率为 5%左右时,不但成形出的齿形质量好,而且避免了成形力的陡增。本文提出的齿形开放率与单位成形压力之间关系式不但具有理论意义,而且有实际应用价值。根据数值模拟和实验研究,模数在 2～6mm 之间时,推挤整形较佳工艺及模具参数为:齿形整形量在能够发生塑性变形的前提下越小越好,凹模锥角为 5o～7o,定径带的高度为 5～8mm。
卫星虎[7]2009年在《直齿圆柱齿轮精密成形工艺研究》文中指出齿轮是应用非常广泛的重要传动零件,其生产批量很大。它有两种加工方法,一种是机加工,另外就是塑性成形。传统的切削加工方法有很多缺点,材料利用率低,生产效率低,产品成本高,难以满足社会生产的需求。更重要的是金属材料的流线将被切断,产品的力学性能将大为减低。精密成形是一种齿轮少无切削加工的新工艺,它不仅可使齿轮加工的材料利用率由目前的40%左右提高到70%以上,而且齿轮强度也可以提高20%以上、生产效率提高大约40%左右。本文所研究的是直齿轮的精密成形技术。在我国,齿轮精密成形工艺还主要处于研究阶段。此种工艺的一个最大问题就是成形力陡增的现象,以及齿部塌角的缺陷。本文提出了浮动凹模—圆锥约束分流的方法,将圆锥作为约束分流的装置用于圆柱直齿轮的精密成形。采用该方法可以一次性成形得到齿轮。本文利用浮动凹模—约束分流的方法设计一套模具工装,并设计加工了试验装置。采用常温下具有低温金属相似力学特性的纯铝为材料,进行了试验研究。并借助先进的非线性数值模拟软件—Deform对镦挤预锻、孔分流、约束孔分流、的成形过程进行了模拟,分析了变形过程中一些等效应力应变分布图,力-行程曲线以及速度云图。从模拟及试验结果表明:采用浮动凹模—圆锥约束分流方法成形圆柱直齿轮能够提高齿形充填情况并有利于降低成形压力。本文所得到的成形过程中一些瞬间点的数值能够对实际生产设计起到一定指导意义。而在本文建立起来的齿轮墩挤模型的基础上,还可以具体应用到某一种成形方法,分析一些主要的设计参数对金属成形过程的影响,从而可以给工艺的优化设计一定的帮助。
刘丹[8]2008年在《斜齿圆柱齿轮冷精密成形工艺及数值模拟研究》文中提出齿轮作为汽车的一个重要传动零件,近年来,随着汽车工业的迅速发展,对其生产已有更高的要求。目前,齿轮的主要加工方式仍然是切削加工或者先热锻,后机加工,这导致生产成本昂贵,效率低下。冷精锻齿轮与传统加工方法生产的齿轮相比,具有节约材料、机械性能好、生产效率高等优点,是当今齿轮特别是轿车齿轮生产的发展趋势。根据冷精锻齿轮技术的迅速发展和课题组承担的国家“十一五”科技支撑计划项目的需要,本文针对斜齿圆柱齿轮精锻工艺相关技术进行了研究。本文采用数值模拟和实验研究相结合的手段进行研究。利用叁维造型软件PROE完成了渐开线斜齿圆柱齿轮的参数化CAD设计,模具的几何造型和模型的建立;介绍了刚塑性有限元法基本原理,并探讨了网格重分、体积变化、迭代收敛等实现有限元数值模拟中的关键技术。分析浮动凹模和中空分流法在齿轮冷锻成形过程中的作用,并在此基础上提出了双向可控镦挤成形新工艺,该工艺充分利用了浮动凹模和分流减压的原理,并把二者有效的结合起来,对降低成形载荷、提高充填性具有积极的作用。对斜齿轮的各种精锻成形工艺的成形过程进行了数值模拟分析,对不同工艺的齿形充填情况和成形载荷进行了比较分析,同时获得了变形过程中的等效应力应变分布情况、金属流动速度分布情况,定性地研究了成形过程中金属流动规律。最后对双向可控分流镦挤成形过程进行了实物实验,实验结果与数值模拟结果基本吻合,从而进一步验证了本文提出的双向可控分流镦挤成形方案是合理可行的,这对于今后同类齿轮成形有重要的现实意义和推广价值。
龚冬梅[9]2009年在《圆柱直齿轮冷锻数值模拟研究》文中提出齿轮是汽车、船舶及各类机械中应用广泛的重要传动零件。传统的切削加工齿轮方法,具有很多缺陷:如材料的利用率低、生产力低、生产成本较高等等。齿轮精密成形是一种齿轮少无切削加工的新工艺,它可使齿轮加工的材料利用率提高30%以上,齿轮强度提高20%以上,生产效率提高约40%左右。而圆柱直齿轮冷精锻尚未进入工业化应用阶段,其关键因素是齿形角隅充填困难,成形力大。探讨齿轮新的成形工艺,提高成形质量,降低生产成本,对我国机械工业的发展具有重要实际意义。本文对圆柱直齿轮冷锻成形进行数值模拟分析。采用分流孔分流和浮动凹模耦合工艺成形圆柱直齿轮,该方法可以成形合格的齿轮,既能保证齿形充填完整,又能有效的降低成形载荷。本文利用叁维造型软件Unigraphics NX对圆柱直齿轮进行参数化建模;采用有限元数值模拟软件Deform-3D对圆柱直齿轮的冷锻成形过程进行了叁维刚塑性有限元数值模拟,得到成形过程中的等效应力、应变分布图、速度场、位移场分布图以及载荷-行程曲线图,分析了该齿轮在变形过程中金属的流动规律以及变形机理;并选择了摩擦因子、成形速度、齿根圆角半径、分流孔直径等工艺参数,以提高成形质量和降低成形载荷为目标,对圆柱直齿轮冷锻成形过程进行模拟,确定最佳匹配的工艺参数组合。据此,设计了冷锻成形模具,为以后的成形研究提供了一定参考。
郑礼[10]2014年在《直齿圆柱齿轮“半隆埂—半开槽”精密成形途径应用研究》文中提出在分析总结当前直齿圆柱齿轮精密成形主流方法特点的基础上，依据导师提出的“半隆埂—半开槽”两步法新途径，即先将坯料模锻为轮缘主体高度（齿宽）到位，两端径向尺寸和端面形状略有差异、柱面在平均直径内外随齿廓凹凸而呈半埂状的预成形件，再先大端后小端的顺序将预成形件推过各齿槽对应处设有劈楔的凹模，使轮缘发生劈挤变形（槽底加深、齿顶升高），实现轮齿及齿槽成形。以天津天海精密锻造有限公司生产的某倒档惰轮为具体研究对象，展开应用研究。细化了“半隆埂—半开槽”精密成形新工艺的具体步骤，特别是采用了开式模锻作为预成形工步。排定实际工艺过程为：下料→加热→预成形→切边冲孔→终成形→清理→精整。根据该公司所具备的生产条件，设计了完成该新途径所需各工序模具，包括在10MN螺旋压力机上使用的开式模锻预成形模、配套的在1000kN机械压力机上使用的切边-冲连皮复合模，以及在6.3MN螺旋压力机上使用的劈槽终成形模和在5000kN液压机上使用的精整模。其中，终成形模上设计了一种链传动、重锤平衡、摆锤变位稳定辅助定位机构，可实现该工步要求的上位托平、顺利下行、下位停留、快速复位等动作（这些动作利用现有锻造设备和传统模具机构难于做到）。天海公司按设计方案制造了预成形模、切边-冲连皮模（已简化）、终成形模，进行了铅坯料试验和钢坯料试生产，过程基本顺利，得到了预期的钢质精密成形件。针对钢件生产时，存在终成形废料与工件分离后与凹模粘接，难于去除的问题，提出了将废料转变为毛刺，随工件而走，待后续工序切除的处理方案。由于天海公司另有紧迫的生产任务，倒档惰轮精密成形产业化尚未全部完成，本研究所设计的模具使用寿命等问题尚未显现出来。本研究首次按“半隆埂—半开槽”途径思路完成了一种较大模数、较多齿数直齿圆柱齿轮精密成形，验证了新工艺途径的可行性和实用性，对推进直齿圆柱齿轮的精密成形工艺产业化具有较大的现实意义。
参考文献：
[1]. 浮动凹模镦挤直齿圆柱齿轮成形原理及工艺研究[D]. 冯冲前. 燕山大学. 2001
[2]. 大模数直齿轮温冷复合精密成形工艺研究[D]. 谢晋市. 合肥工业大学. 2012
[3]. 直齿圆柱齿轮连续冷挤压工艺及模具技术研究[D]. 曹金豆. 重庆大学. 2016
[4]. 载重汽车用直齿圆柱齿轮连续冷挤压冷整形复合成形关键技术研究[D]. 梁强. 重庆大学. 2016
[5]. 直齿圆柱齿轮精密塑性成形工艺及关键设备研究[D]. 王明辉. 吉林大学. 2010
[6]. 高性能直齿圆柱齿轮开放成形研究[D]. 张宝红. 中北大学. 2005
[7]. 直齿圆柱齿轮精密成形工艺研究[D]. 卫星虎. 重庆理工大学. 2009
[8]. 斜齿圆柱齿轮冷精密成形工艺及数值模拟研究[D]. 刘丹. 机械科学研究总院. 2008
[9]. 圆柱直齿轮冷锻数值模拟研究[D]. 龚冬梅. 合肥工业大学. 2009
[10]. 直齿圆柱齿轮“半隆埂—半开槽”精密成形途径应用研究[D]. 郑礼. 南昌大学. 2014